WO2022263249A1 - Verfahren und detektionseinheit zur detektion einer wahrscheinlichkeit, dass ein lenkelement eines fahrzeugs von einer hand eines fahrers gehaltenen wird - Google Patents

Verfahren und detektionseinheit zur detektion einer wahrscheinlichkeit, dass ein lenkelement eines fahrzeugs von einer hand eines fahrers gehaltenen wird Download PDF

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WO2022263249A1
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Jens-Hauke MÜLLER
Ali KARBASCHIAN
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    • B62D15/025—Active steering aids, e.g. helping the driver by actively influencing the steering system after environment evaluation

Definitions

  • Method and detection unit for detecting a probability that a steering element of a vehicle is held by a driver's hand
  • the present approach relates to a method and a detection unit for detecting a probability that a steering element of a vehicle is held by a driver's hand, according to the main claims.
  • H. to detect whether the driver is holding his hand on a steering element such as the steering wheel.
  • a HOD function can be implemented, for example, by using a capacitive sensor on the steering wheel.
  • OEMs "Original Equipment Manufacturer", or "OEM” for short. The reason for this is the need for additional hardware, 'HW' for short.
  • the new steering systems for heavy-duty vehicles such as the so-called “Torque Overlay Steering System” or “TOS” for short, which are hybrid steering systems, and for example a Servo motor to assist the driver's steering input benefit from a manual torque sensor.
  • This includes, for example, a) an electrical actuation to generate a steering feel and to provide additional functions for the driver and b) a (e.g. hydraulic) basic transmission to transmit a steering torque from the servomotor to the steering element or a steering column.
  • a driver assistance torque is controlled using mathematical and/or numerical algorithms, for example.
  • One of the safety-relevant algorithms is the practical recognition of the driver's hands on the steering element.
  • the object of the present approach is to create an improved method and an improved detection unit for detecting a probability that a steering element of a vehicle is being held by a driver's hand.
  • This object is achieved by a method and a detection unit for detecting a probability that a steering element of a vehicle is being held by a driver's hand, with the features or steps of the main claims.
  • the approach presented here creates a method for detecting a probability that a steering element of a vehicle is held by a driver's hand, the method having the following steps:
  • a cover element can be understood to mean, for example, a steering wheel or the like, also, for example, a joystick.
  • a steering gear can be understood, for example, as a gear in order to transmit a movement from the steering element to the wheels.
  • the steering gear can also be used to introduce external forces or moments into the steering rod and to support active steering by the driver, for example by means of a servo motor.
  • a torque sensor can be understood, for example, as a sensor that detects a torque that a driver of the vehicle exerts on the steering element and forwards it to the steering gear.
  • the reverse direction is also particularly relevant in this case, namely that a torque can be detected which is directed from the steering gear to the steering element and which is changed by the driver when he holds his hands on the steering element.
  • the torque sensor detects a torque difference between a torque applied by the driver to the steering element and a steering gear effected steering torque that occurs when driving over ground obstacles on the steering rod.
  • a value of the torque signal can be understood, for example, as a torque that is currently being detected at the torque sensor.
  • the approach presented here is based on the knowledge that by using the threshold value, which is dependent on the current vehicle speed, for the assessment of the torque detected by the torque sensor, it can be recognized very precisely whether a driver is actually holding his hands or at least one hand on the steering element or the steering element holds. This results from the fact that at higher speeds a different torque can be applied to the steering element by the steering device of the vehicle than is the case for lower driving speeds.
  • An embodiment of the approach presented here is advantageous, in which a threshold value is used in the detection step, which has a lower value at a higher vehicle speed than at a lower vehicle speed.
  • a threshold value is used in the detection step, which has a lower value at a higher vehicle speed than at a lower vehicle speed.
  • Such an embodiment of the approach proposed here offers the advantage that at higher vehicle speeds, even with a lower threshold value, a very reliable decision can be made as to whether the driver is holding his hands on the steering element or steering wheel of the vehicle. A more precise detection of a driving situation can thus be made possible by utilizing passive steering movements.
  • the probability that the steering element of the vehicle is being held by the driver's hand can also be detected using at least a period of time for which a value of the torque signal and/or an absolute value of the torque signal exceeds the threshold value and/or are further detected using at least one frequency at which the value of the torque signal and/or an absolute value of the torque signal exceeds the threshold value.
  • a time period for which a value of the torque signal and/or an absolute value of the torque signal exceeds the threshold value and/or a frequency with which the value of the torque signal and/or an absolute value of the torque signal exceeds the threshold value For example, there is an indication of how uneven a roadway is on which the vehicle is driving, for example when the wheels of the vehicle are slipping while driving a pothole process and a passive steering movement caused by this is transmitted to the steering element via the steering gear. If the driver now holds the steering element with at least one hand, an increased, different torque can be detected at the torque sensor for a short time, which, for example, exceeds the threshold value than when the driver is not holding his hand on the steering element.
  • the probability that the steering element of the vehicle is being held by the driver's hand is also detected using at least one duration threshold value that is exceeded by the duration.
  • the probability that the steering element of the vehicle is being held by the driver's hand can also be detected using at least one frequency threshold value that is exceeded by the frequency at which the value of the torque signal and/or a Absolute value of the torque signal exceeds the threshold.
  • a duration threshold value can be understood to mean, for example, a threshold value that the duration can exceed, which itself represents a period of time for which a value of the torque signal exceeds the threshold value.
  • a frequency threshold value can be understood, for example, as a threshold value that the frequency can exceed, which frequency itself represents a frequency at which the value of the torque signal exceeds the threshold value.
  • Such an embodiment of the approach presented here offers the advantage that, through the use of a time threshold value and/or a frequency threshold value, even greater precision can be achieved when detecting the probability that the steering element of the vehicle is being held by the driver's hand.
  • the probability that the steering element of the vehicle is being held by the driver's hand decreases the longer a value of the torque signal and/or an absolute value of the torque signal is in an observation period exceeds a threshold.
  • the probability that the steering element of the vehicle is being held by the driver's hand can increase in the detection step, the longer in the observation period a value of the torque signal and/or an absolute value of the torque signal exceeds a threshold value falls below again.
  • Such an embodiment of the approach proposed here offers the advantage that it can also be monitored that the threshold value can also be undershot again by a value of the torque signal, which then gives an indication that the steering element is (again) held by the driver's hand .
  • the probability that the steering element of the vehicle is being held by the driver's hand decreases the longer a value of the duration exceeds the duration threshold value and/or a value of the frequency exceeds the frequency threshold value in an observation time interval exceeds.
  • Such an embodiment of the approach proposed here offers the advantage of being able to obtain an indication of whether the steering element is holding a hand of the driver is held. This can also be exploited that a held by the driver's hand steering element after a short period of time by counter-steering movements again allows active management of the vehicle, so that in the steering system strong torques or steering angle deflections or a high frequency of exceeding the value of the torque signal can be corrected or compensated for.
  • the probability can be increased or decreased in probability levels, in particular in probability levels of 10 percent, in the recognition step.
  • a threshold value that is dependent on a steering lock angle of the steering element is used in the detection step.
  • Such an embodiment of the approach presented here offers the advantage that particularly good information about the position of the wheels of the vehicle when driving can also be assumed from the steering angle. This position of the wheels in relation to the longitudinal axis of the vehicle then also influences the effect of driving over a bump, so that the passive steering movements that are transmitted to the steering element are different than when driving straight ahead. Taking such a position of the wheels into account can thus provide a further increase in the quality of the detection as to whether the driver is holding the steering element with his hand.
  • the torque signal can be read exclusively by a torque sensor that is installed and/or embedded in or on a steering column of the vehicle, in particular with the torque sensor transmitting a rotation of the Steering element accomplished on a steering gear.
  • the passive steering movements can be recorded very well and evaluated without interference from other sources.
  • This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.
  • the approach presented here also creates a detection unit as a device which is designed to carry out, control or implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices.
  • the task on which the approach is based can also be solved quickly and efficiently by this embodiment variant of the approach in the form of a detection unit.
  • the detection unit can have at least one computing unit for processing signals or data, at least one storage unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading in sensor signals from the sensor or for outputting data or control signals to the Have actuator and / or at least one communication interface for reading or outputting data that are embedded in a communication protocol.
  • the arithmetic unit can be a signal processor, a microcontroller or the like, for example, while the storage unit can be a flash memory, an EPROM or a magnetic storage unit.
  • the communication interface can be designed to read in or output data wirelessly and/or by wire, with a
  • Communication interface that can input or output wired data, for example, this data electrically or optically from a corresponding Read data transmission line or can output in a corresponding data transmission line.
  • a detection unit can be understood to mean an electrical device that processes sensor signals and, depending thereon, outputs control and/or data signals.
  • the detection unit can have an interface that can be configured as hardware and/or software.
  • the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device.
  • the interfaces can be separate integrated circuits or to consist at least partially of discrete components.
  • the interfaces can be software modules which are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a vehicle that includes a detection unit according to an exemplary embodiment presented here;
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a part of the steering system in detail, according to an embodiment
  • Fig. 3 is a schematic representation to explain the principle of
  • Fig. 4 shows an embodiment of a flowchart of a method for
  • 5 shows a diagram for explaining a dependency of the (torque) threshold value on a vehicle speed
  • 6 is a diagram for explaining a determination of the frequency threshold
  • FIG. 7 shows several diagrams for explaining a calculation of the FIOD flag, such as is carried out in the calculation block
  • Fig. 9 Diagrams to explain the concept for determining a
  • Fig. 10 is a flow chart of an embodiment of a method for
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a vehicle 100 (which is designed here as a commercial vehicle or truck) which includes a detection unit 105 according to an exemplary embodiment presented here.
  • Detection unit 105 has a read-in interface 110, via which a torque signal 115 can be read in, this torque signal 115 representing a current torque acting on a torque sensor 130 coupled between a steering element 120 (here a steering wheel) of vehicle 100 and a steering gear 125 .
  • the detection unit 105 includes a detection unit 135 which provides a probability 140 as an output signal that the steering element 120 is (firmly) held by a hand 145 of a driver 150 of the vehicle 100 .
  • a value of torque signal 115 and/or an absolute value of torque signal 115 is compared to a threshold value 155, which can be read from a memory 160, for example.
  • This threshold value 155 is also dependent on a current vehicle speed v of vehicle 100, so that, for example, memory 160 can also be coupled to a vehicle speed sensor 165, by means of which current speed v of vehicle 100 is determined and a correspondingly suitable threshold value 155 from memory 160 is determined and is transferred to the recognition unit 135 .
  • Probability 140 can be determined or recognized as a function of the fact that the value of torque signal 115 and/or an absolute value of torque signal 115 exceeds this threshold value 155, as is described in more detail below.
  • probability 140 indicates a probability with which driver 150 will hold steering element 120 with his hand 145 .
  • the probability can also indicate a validity of a signal relating to information as to whether the driver 150 is holding the steering element 120 with his hand 145 .
  • Such information is required or helpful, for example, if an autonomous vehicle system or a driver assistance system 170 is provided in vehicle 100, which supports driver 150 in controlling vehicle 100 or even autonomously controls vehicle 100 itself.
  • an autonomous vehicle system or a driver assistance system 170 is provided in vehicle 100, which supports driver 150 in controlling vehicle 100 or even autonomously controls vehicle 100 itself.
  • it can be clearly seen that the driver 150 is actively holding the steering element 120 with his hand 145 and it can therefore be assumed that he has actively taken control of the vehicle 100 .
  • steering interventions by the driver assistance system 170 should be omitted or their priority should be downgraded (except for the rare case of an emergency intervention in the vehicle control), in order not to impede the driver 150 in the active vehicle guidance function.
  • a passive steering effect can be used when the vehicle 100 is driving over an uneven surface, for example , for example a road on which there are stones 175 or in which potholes 180 occur. Enter now Wheel 190 of vehicle 100 over such a stone 175 or into such a pothole 180, this will lead to a lateral deflection of wheel 190, which is transmitted to steering element 120 via steering gear 125. If the driver 150 now holds the steering element 120 with his hand 140 , this will lead to a different torque effect that can be detected at the torque sensor 130 than if the driver 150 does not hold the steering element 120 with his hand 145 .
  • a steering angle may also be relevant that represents a rotation angle of steering element 120 or indirectly also a rotation angle by which wheel 190 of vehicle 100 is turned relative to the direction of travel of vehicle 100, since in this case driving over stone 175 or driving through the pothole 180 causes a different movement in the steering gear 125 than when the wheel 190 is placed straight ahead in the direction of travel of the vehicle 100 .
  • the approach presented here can be used to exploit the fact that the steering element 120 moves by itself in a certain way when the vehicle 100 is driving due to the effect of the surface driven over by the vehicle 100, and a change in this (induced) movement as an indication of the Probability can be evaluated that the driver 150 of the vehicle 100 holds the steering element 120 with his hand 145 .
  • FIG. 2 shows a schematic representation of part of the steering system in detail, as roughly outlined in FIG. 1 .
  • a torsion measuring rod is provided as the torque sensor 130, which is connected between a shaft 200 of the steering element 120, here the steering wheel, and a coupling element 205 and which is designed to detect a torque which occurs between the steering wheel as the steering element 120 and the steering gear 125 occurs.
  • a mechanical coupling between the steering gear 125 and the wheels 190 shown in FIG. 1 is then realized, for example, by means of an output shaft 210 .
  • a motor 215 or a servo motor is also provided, which is coupled to the steering gear 125 or the torque sensor 130 via a gear mechanism 220, for example.
  • a rotation of the motor which can be detected via a speed sensor 225, can then change an effective steering torque in the torque sensor or in general in the steering train, for example also through the mediation of a transmission unit 230 or a valve with which the motor 215 generated torque is transmitted to the steering gear 125 or the steering element 120 .
  • This way can a motor-generated steering torque can also be superimposed on the torque applied to the steering train by the steering element 120, which is implemented by the “torque superimposition system” TOS.
  • the available sensors in a TOS are the encoder for determining the motor position of the shaft of the motor 215, which is formed in Fig. 2 by the speed sensor 225, and the hand torque sensor as a torque sensor 130, which in Fig. 2 acts between points A and B is shown. Between points A and B, the difference angle is measured due to T-bar/torsion bar deflection during the driver's operation of the steering wheel.
  • a steering wheel angle sensor 235 can determine a steering wheel angle signal representing the rotation of the steering element 120, which is provided, for example, by a sensor of the EBS system and can also be used for EBS control purposes.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration to explain the principle of torque measurement using the torque sensor used here.
  • the hand torque sensor, or torque sensor 120 is typically installed on top of the steering system.
  • This sensor 120 is used to measure the differential angle between the input shaft (e.g. at point A in Fig. 2) and the valve/transmission unit 230 (e.g. at point B in Fig. 2) in order to calculate the driver's (manual) torque.
  • the torsion bar or torque sensor 120 is connected to the motor 215 at point B via the gear train 220 . Due to the backlash in the gear or here the gear train 220, there is usually a discrepancy between the measured angle Q of these two points.
  • T err ⁇ k TB e
  • T d is a torque exerted by one hand of the driver
  • ki B is the elasticity of the torsion bar as a torque sensor
  • Tr is a torque coupled via the steering gear resulting from driving on an uneven road surface
  • T err is the inaccuracy in the Represents driver's hand torque measurement, which should be kept as small as possible in the TOS.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a flowchart of a method for detecting a probability that a steering element of a vehicle is held by a driver's hand as an example of a concept of a hands-off detection algorithm.
  • a scheme of the procedure according to this exemplary embodiment is shown in FIG. 4 in the form of an HOD block diagram.
  • a precondition block 400 in which the (torque) threshold value 155 and a frequency threshold value 405 are calculated as a function of the vehicle speed v and the steering wheel angle Q, which are described in more detail in FIGS. 5 and 6 below.
  • a torque calculation unit 415 the range of the torsion bar torque is determined, in which the torque is currently located.
  • the range of the amplitude of the (torsion bar) torque signal 115 is determined according to the torque threshold value 155 and for the duration of the (torsion bar) torque signal 115 or an absolute value of the (torsion bar) torque signal 115 exceeding the (torque) threshold value 155 an output flag is set to 1 accordingly.
  • the period of time during which the torsion bar torque signal 115 is outside the range or the (torque) threshold value 155 or the (torque) threshold value 155 in real or absolute terms is calculated in the calculation block 410 in a frequency calculation unit 420 and compared to a frequency threshold 405.
  • a flag is set to 1 if the calculated amount of time is less than the frequency threshold 405, as shown in Figure 7 below.
  • an amplitude domain test output flag 430 is manipulated in accordance with the frequency domain test output flag 435.
  • the torque flag equal to zero is set to 1 for the intervals when the frequency flag is 1 and as the FIOD flag 440 provided.
  • a redundancy-based plausibility check is carried out in a plausibility block 455 for the input signals. For this reason, the deviation between torsion bar angle and steering wheel angle Q should be smaller than a threshold value.
  • a torque signal can be calculated in a rotation rate calculation unit 460 from the motor angle of motor 215 , steering wheel angle Q and torsion bar rate.
  • an angle 465 of the steering wheel can also be included in the calculation.
  • the deviation between this calculated torque signal and the torsion bar torque should be less than a threshold value. Based on the plausibility check of the signals, a degradation strategy for the HOD confidence determination is applied.
  • a confidence level 470 of the HOD algorithm may be based on a time counter and a comparison of the values calculated here.
  • a corresponding probability signal 480 is determined in a probability determination unit 475, which is then passed on to driver assistance system 170 shown in FIG. 1 , for example.
  • the determination or processing of the variables used in this approach is now explained in more detail below.
  • FIG. 5 shows a diagram for explaining a dependency of (torque) threshold value 155 on a vehicle speed.
  • vehicle speed v is plotted on the x-axis and torque T is plotted on the y-axis.
  • torque T is plotted on the y-axis.
  • the driver's steering effort depends on the torque applied to the steering wheel pivot arm. This effort varies in proportion to vehicle speed.
  • the driver's steering effort is greater than at higher speeds.
  • the driver's minimum torque to overcome resistance forces to start the steering at any vehicle speed is considered in this methodology as the (torque) threshold value Ts compared to the maximum possible, measurable torque T M .
  • the threshold value 155 for the torque amplitude is reduced by increasing the vehicle speed v. The determination of this threshold 155 is the subject of function tuning and parameter optimization.
  • FIG. 6 shows a diagram for explaining a determination of the frequency threshold value.
  • the time t is plotted on the x-axis and a torque T is plotted on the y-axis.
  • the differentiation between the frequency of the (manual) torque T of the driver and the influence of roadway disturbances on the measured torque signal 115 is the subject of the frequency threshold value determination.
  • Various road disturbances such as driving through or over stones 175 or potholes 180 cause high-frequency disturbances in the (manual) torque signal 115.
  • the frequency f or the corresponding duration tdist of the disturbances is proportional to the vehicle speed v, while their amplitude T depends on the depth of the pothole when the vehicle is in the Period of time 600 drives through the pothole.
  • the frequency f of the oscillation in the signal 115 increases.
  • the determination of this threshold 405 is the subject of the function tuning and parameter optimization.
  • FIG. 7 shows several diagrams for explaining a calculation of the FIOD flag, such as is performed in calculation block 410.
  • the time t is plotted on the x-axis and a torque T is plotted on the y-axis.
  • the scenario that has already been presented in more detail with reference to FIG. 6 is used here to illustrate the procedure.
  • the time is plotted on the x-axis and a value of a flag is plotted on the y-axis.
  • the amplitude of the torque signal 115 is observed. For example, if the torque signal 115 is within the threshold values 405 or 115 specified by the precondition block 400, this block 415 sets its output flag 430 to the binary value 1, otherwise to 0, this is illustrated in the partial diagram for the output flag 430 in FIG.
  • this block 420 sets its output flag 435 to the binary value of 1, otherwise 0, as shown in the partial diagram in FIG for the output flag 435 is shown.
  • the amplitude range check flag 415 is corrected in module 425 to compensate for over-range.
  • the torque flag is set to 1 as shown in the partial diagram for the FIOD flag 440 in FIG. 8 is a conceptual diagram for determining a probability that a steering member of a vehicle is held by a driver's hand.
  • a time t is plotted on the x-axis and a confidence level C in percent on the y-axis.
  • the confidence level C can increase or decrease in steps of 10 percent in order to simplify a calculation of this confidence level.
  • FIG. 9 shows diagrams for explaining the concept of determining a probability that a steering member of a vehicle is held by a driver's hand.
  • a time t is plotted on the x-axis and a value of the relevant flag is plotted on the y-axis in the two upper partial diagrams and a confidence level C in percent in the lower partial diagram.
  • a time-dependent strategy is used to determine the HOD confidence level K, 140 .
  • the HOD flag 440 value of 0 indicates hands-on mode, while the flag value of 1 indicates hands-off mode.
  • the confidence signal or a probability K, 140 begins to increase from 0 to 100 percent in a time interval of 10 percent each, as illustrated in FIG.
  • the time interval is a tuning parameter with a minimum limit that depends on system characteristics and sensor quality.
  • FIG. 10 shows a flow chart of an embodiment of a method 1000 for detecting a probability that a steering element of a vehicle is held by a driver's hand.
  • the method 1000 includes a step 1010 of reading in a torque signal that represents a torque that acts on a torque sensor coupled between the steering element and a steering gear.
  • the method 1000 includes a step 1020 of detecting a probability that a steering element of a vehicle is held by a driver's hand when a value of the torque signal and/or an absolute value of the torque signal exceeds a threshold dependent on a current vehicle speed to detect the likelihood that the steering element of the vehicle is being held by a driver's hand.
  • a number of advantages can be achieved, such as precise detection of whether the driver's hand is holding the steering wheel or detection of whether both hands are on the steering wheel. Such a detection can also take place in different driving states (city/country road/freeway/gravel road%) or a detection within a time window, with no or only very few detection errors occurring. Potholes can also be compensated and a frequency and amplitude of impact incidents, ie incidents when driving through or driving over a pothole or a stone, can be taken into account. It is also conceivable that the approach presented here can be used to compensate for external influences (e.g. crosswind/road gradient...) or that immediate hands-on detection is possible. A speed-independent detection can also be carried out, which enables a particularly precise detection of the probability. Simple applicability using a special optimization tool and high robustness of the HOD detection can also be achieved.
  • driving states can be recognized based on vehicle speed/torque and steering angle.
  • appropriate filters are selected, for example, with which the required signals are prepared.
  • the signals are processed and combined using a special algorithm (for example, the signal position is frozen in certain situations/statistical evaluations/comparison with known or learned situations/taking time intervals into account). From this, as a first result, a probability can be determined with which the driver has his hands on the steering wheel.
  • An actual evaluation e.g. also in digital form
  • the parameters used for this depend on the vehicle type, which means that each type can be easily optimized. For such a case there is a Program that uses special measured values to determine the parameters for optimal detection.
  • a model can be configured to be parameterizable and easy to switch on/off.
  • Situations that are difficult to recognize e.g. at high speed or on a slippery floor/roadway
  • Test pulses can also be output into the steering system (for example by means of the motor torque) and a reaction of torque/steering speed to this can be recorded.
  • a modeling of the steering gear - steering wheel section can then be determined simply, robustly and reliably with the aim of extracting the driver's contribution/subtracting vehicle reactions (vibrations).
  • the approach presented here can be used to show a method for determining whether the driver is holding his hand on the vehicle's steering wheel with a high degree of certainty. This makes it possible to increase the robustness of a hands-on detection, with such a determination being able to be based only on values from a torque sensor on the input shaft of the steering system. A precise determination of the driver's hands on the freeway at high speed and driving straight ahead is also possible, as well as a precise determination of the driver's hands resting on the steering element by taking into account the mechanical play in the system.
  • the driver's hands resting on the steering element can be precisely determined by a plausibility check of the manual torque signal, and the driver's hands resting on the steering element can be precisely determined by developing a specific tool for functional coordination. It is also conceivable to precisely determine the driver's hands resting on the steering element by depending on the function of the vehicle speed and rejecting the external disturbances in the output of the function. The method steps presented here can be repeated and carried out in a different order than the one described.
  • Embodiment according to one embodiment has both the first feature and the second feature and according to a further embodiment either only the first feature or only the second feature.
  • Vehicle is held by a driver's hand

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Abstract

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

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren und Detektionseinheit zur Detektion einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird
Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf ein Verfahren und eine Detektionseinheit zur Detektion einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird, gemäß den Hauptansprüchen.
In modernen Fahrzeugsicherheitssystemen oder Fahrerassistenzsystemen wird speziell in Nutzfahrzeugen oftmals eine Information benötigt, ob oder dass der Fahrer aktiv seine Hände am Lenkrad hält und somit anzunehmen ist, dass er die Fahrt eines Fahrzeugs bewusst steuert. Dies ist einerseits für den Fall relevant, dass der Fahrer möglicherweise abgelenkt ist und somit nicht aktiv das Fahrzeug steuert, sodass aus Gründen der Verkehrssicherheit ein autonomes System aktiv die Fahrt dieses Fahrzeugs steuern sollte. Andererseits sollte dann beispielsweise auch eine aktive Fahrunterstützung ausgeschaltet oder zumindest heruntergestuft werden, wenn der Fahrer eindeutig zumindest eine seiner Hände am Lenkrad hält. Anderenfalls könnte der Fahrer durch aktive autonome Lenkeingriffe irritiert oder erschreckt werden und hierdurch Fahrfehler vornehmen, die die Verkehrssicherheit im Umfeld des Fahrzeugs stark beeinträchtigen. Es wurden daher verschiedene Konzepte zur Fahrer-Hands-on- Detection (HOD), d. h. zur Detektion, ob der Fahrer seine Hand an einem Lenkelement wie dem Lenkrad hält, entwickelt. Bei den herkömmlichen Konzepten kann beispielsweise durch die Verwendung eines kapazitiven Sensors am Lenkrad eine HOD-Funktion realisiert werden. Abgesehen von den Vorteilen dieser Methode, mit der die HOD präzise bestimmt werden kann, ist dies jedoch keine kostengünstige Lösung für Erstausrüster, engl. „Original Equipment Manufacturer“, kurz „OEM“. Der Grund dafür ist die Notwendigkeit von zusätzlicher Hardware, kurz „HW‘.
Die neuen Lenksysteme für Schwerlastfahrzeuge wie das sogenannte „Torque Overlay Steering System“ kurz „TOS“, die Hybridlenkungen sind, und beispielsweise einen Servomotor zur Unterstützung der Lenkeingabe des Fahrers aufweisen, profitieren von einem Handmomentsensor. Diese umfasst beispielsweise a) eine elektrische Betätigung zur Erzeugung eines Lenkgefühls und zur Bereitstellung zusätzlicher Funktionen für den Fahrer und b) ein (beispielsweise hydraulisches) Basisgetriebe zur Übertragung eines Lenkmoments von dem Servomotor auf das Lenkelement bzw. eine Lenksäule.
Bei dieser Art von Lenksystemen wird ein Fahrerassistenzmoment beispielsweise mit Hilfe mathematischer und/oder numerischer Algorithmen gesteuert. Einer der sicherheitsrelevanten Algorithmen ist die praktische Erkennung der an dem Lenkelement angelegten Hände des Fahrers.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe des vorliegenden Ansatzes ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Detektionseinheit zur Detektion einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird, zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Detektionseinheit zur Detektion einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird mit den Merkmalen oder Schritten Hauptansprüche gelöst.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Verfahren zur Detektion einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Einlesen eines Drehmomentsignals, das ein Drehmoment repräsentiert, das auf einen zwischen das Lenkelement und ein Lenkgetriebe gekoppelten Drehmomentsensor wirkt; und
Erkennen einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird, wenn ein Wert des Drehmomentsignals und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals einen Schwellwert überschreitet, der von einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig ist, um die Wahrscheinlichkeit zu detektieren, dass das Lenkelement des Fahrzeugs von einer Hand des Fahrers gehaltenen wird. Unter einem Deckelelement kann beispielsweise ein Lenkrad oder dergleichen, auch beispielsweise ein Joystick, verstanden werden. Unter einem Lenkgetriebe kann beispielsweise ein Getriebe verstanden werden, um eine Bewegung vom Lenkelement auf die Räder zu übertragen. Beispielsweise kann auch das Lenkgetriebe dazu dienen, externe Kräfte oder Momente in die Lenkstange einzubringen und hierbei beispielsweise mittels eines Servomotors eine aktive Lenkung durch den Fahrer zu unterstützen. Unter einem Drehmomentsensor kann beispielsweise ein Sensor verstanden werden, der ein Drehmoment erfasst, welches von einem Fahrer des Fahrzeugs auf das Lenkelement ausgeübt und auf das Lenkgetriebe weitergeleitet wird. Besonders relevant ist in diesem Fall jedoch auch die umgekehrte Richtung, nämlich dass ein Drehmoment erfasst werden kann, welches vom Lenkgetriebe zum Lenkelement gerichtet ist und welches durch den Fahrer verändert wird, wenn er seine Hände am Lenkelement hält. Denkbar ist auch, dass der Drehmomentsensor eine Drehmomentdifferenz zwischen einem vom Fahrer auf das Lenkelement eingebrachten Drehmoments und einem Lenkgetriebe bewirkten Lenkmoment, das bei der Überfahrt von Bodenhindernissen auf die Lenkstange entsteht. Unter einem Wert des Drehmomentsignals kann beispielsweise ein Drehmoment verstanden werden, welches aktuell am Drehmomentsensor erfasst wird.
Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass durch die Verwendung des von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen Schwellwertes für die Beurteilung des vom Drehmomentsensor erfassten Drehmoments sehr präzise erkannt werden kann, ob ein Fahrer tatsächlich seine Hände oder zumindest eine Hand am Lenkerelement hält oder das Lenkelement festhält. Dies resultiert daraus, dass bei höheren Geschwindigkeiten ein anderes Drehmoment von der Lenkeinrichtung des Fahrzeugs auf das Lenkelement eingebracht werden kann, als dies für niedrigere Fahrgeschwindigkeit erfolgt. Speziell kann hierbei ausgenutzt werden, dass beispielsweise bei einer Fahrt durch Schlaglöcher oder über Steine auf einer Straße bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten deutlich größere Ausschläge der Reifen bzw. Räder auf der Straße in eine laterale Auslenkung zu erwarten sind, als dies für höhere Fahrgeschwindigkeiten gilt. Werden nun solche passiven Lenkbewegungen durch die Fahrt des Fahrzeugs über Unebenheiten auf der Fahrbahn auf das Lenkelement übertragen, kann durch die Auswertung des von dem Drehmomentsensor erfassten Drehmoments ein Rückschluss darauf gezogen werden, ob der Fahrer seine Hände am Lenkelement hält und hierdurch die passive Lenkbewegung am Lenkelement hemmt oder ob der Fahrer seine Hände nicht am Lenkelement hält und somit das Lenkelement sich entsprechend der passiven Lenkbewegung frei bewegen kann. Wird in diesem Fall ein Schwellwert zur Auswertung eines Werts des Drehmomentsignals verwendet, der von der aktuellen Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs abhängig ist, lässt sich mit einer solchen Vorgehensweise eine gute Unterscheidung treffen, ob aktuell der Fahrer seine Hände am Lenkrad bzw. Lenkelement hält.
Von Vorteil ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der im Schritt des Erkennens ein Schwellwert verwendet wird, der bei einer höheren Fahrzeuggeschwindigkeit einen niedrigeren Wert aufweist, als bei einer niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeit. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, dass bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten auch bei einem geringeren Schwellwert sehr zuverlässig entschieden werden kann, ob der Fahrer seine Hände am Lenkelement bzw. Lenkrad des Fahrzeugs hält. Es kann somit eine präzisere Erkennung einer Fahrsituation durch Ausnutzung von passiven Lenkbewegungen ermöglicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann im Schritt des Erkennens die Wahrscheinlichkeit, dass das Lenkelement des Fahrzeugs von einer Hand des Fahrers gehaltenen wird ferner unter Verwendung zumindest einer Zeitdauer erkannt werden, für die ein Wert des Drehmomentsignals und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals den Schwellwert überschreitet und/oder ferner unter Verwendung zumindest einer Frequenz erkannt werden, mit der der Wert des Drehmomentsignals und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals den Schwellwert überschreitet. Hierbei kann ausgenutzt werden, das eine Zeitdauer, für die ein Wert des Drehmoments Signals und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals den Schwellenwert überschreitet, und/oder eine Frequenz, mit der der Wert des Drehmomentsignals und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals den Schwellenwert überschreitet, beispielsweise einen Hinweis darauf gibt, wie uneben eine Fahrbahn ist, auf der das Fahrzeug fährt, wenn beispielsweise die Räder des Fahrzeugs während der Fahrt durch ein Schlagloch Verfahren und eine hierdurch verursachte passive Lenkbewegung über das Lenkgetriebe auf das Lenkelement übertragen. Wird nun der Fahrer das Lenkelement mit zumindest einer Hand festhalten, kann hierdurch kurzzeitig ein erhöhtes, anderes Drehmoment am Drehmomentsensor erfasst werden, welches beispielsweise den Schwellwert überschreitet, als wenn der Fahrer keine Hand am Lenkelement hält.
Sehr vorteilhaft ist weiterhin eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der im Schritt des Erkennens die Wahrscheinlichkeit, dass das Lenkelement des Fahrzeugs von einer Hand des Fahrers gehaltenen wird, ferner unter Verwendung zumindest eines Zeitdauerschwellwerts erkannt werden, der durch die Zeitdauer überschritten wird. Alternativ oder zusätzlich kann im Schritt des Erkennens die Wahrscheinlichkeit, dass das Lenkelement des Fahrzeugs von einer Hand des Fahrers gehaltenen wird, ferner unter Verwendung zumindest eines Frequenzschwellwerts erkannt werden, der durch die Frequenz überschritten wird, mit der der Wert des Drehmomentsignals und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals den Schwellwert überschreitet. Unter einem Zeitdauerschwellwert kann beispielsweise ein Schwellwert verstanden werden, den die Zeitdauer überschreiten kann, die selbst eine Zeitspanne repräsentiert, welche ein Wert des Drehmomentsignals den Schwellenwert überschreitet. Unter einem Frequenzschwellwert kann beispielsweise ein Schwellwert verstanden werden, den die Frequenz überschreiten kann, die selbst eine Frequenz repräsentiert, mit welcher der Wert des Drehmomentsignals den Schwellwert überschreitet. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, durch die Verwendung eines Zeitdauerschwellwerts und/oder eines Frequenzschwellwerts eine nochmals erhöhte Präzision bei der Erkennung der Wahrscheinlichkeit, dass das Lenkelement des Fahrzeugs von einer Hand des Fahrers gehalten wird, erreicht werden kann.
Denkbar ist ferner, dass gemäß einer Ausführungsform des hiervorgestellten Ansatzes im Schritt des Erkennens die Wahrscheinlichkeit, dass das Lenkelement des Fahrzeugs von einer Hand des Fahrers gehaltenen wird, kleiner wird, je länger in einem Beobachtungszeitraum ein Wert des Drehmomentsignals und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals einen Schwellwert überschreitet. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, durch die Auswertung der zeitlichen Länge der Überschreitung des Werts des Drehmomentsignals über den Schwellwert einen Hinweis darauf zu erhalten, ob das Lenkelement sich eine Hand des Fahrers gehalten wird. Hierbei kann insbesondere ausgenutzt werden, dass ein von der Hand des Fahrers gehaltenes Lenkelement nach einer kurzen Zeitspanne durch Gegenlenkbewegungen wieder eine aktive Führung des Fahrzeugs ermöglicht, sodass im Lenksystem starke Drehmomente oder Lenkwinkelausschläge korrigiert oder kompensiert werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes kann im Schritt des Erkennens die Wahrscheinlichkeit, dass das Lenkelement des Fahrzeugs von einer Hand des Fahrers gehaltenen wird, größer werden, je länger in dem Beobachtungszeitraum ein Wert des Drehmomentsignals und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals einen Schwellwert wieder unterschreitet. Eine solche Ausführungsform des hiervorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, dass auch überwacht werden kann, dass der Schwellwert durch einen Wert des Drehmomentsignals auch wieder unterschritten werden kann, was dann einen Hinweis darauf gibt, dass das Lenkelement von einer Hand des Fahrers (wieder) gehalten wird.
Auch kann gemäß einer weiteren Ausführungsform im Schritt des Erkennens die Wahrscheinlichkeit, dass das Lenkelement des Fahrzeugs von einer Hand des Fahrers gehaltenen wird, kleiner werden, je länger in einem Beobachtungszeitintervall ein Wert der Zeitdauer den Zeitdauerschwellwert überschreitet und/oder ein Wert der Frequenz den Frequenzschwellwert überschreitet. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, durch die Auswertung der zeitlichen Länge oder die Frequenz der Überschreitung des Werts des Drehmomentsignals über den Schwellwert in Bezug auf den entsprechenden Zeitdauerschwellwert oder Frequenzschwellwert einen Hinweis darauf zu erhalten, ob das Lenkelement sich eine Hand des Fahrers gehalten wird. Hierbei kann ferner ebenfalls ausgenutzt werden, dass ein von der Hand des Fahrers gehaltenes Lenkelement nach einer kurzen Zeitspanne durch Gegenlenkbewegungen wieder eine aktive Führung des Fahrzeugs ermöglicht, sodass im Lenksystem starke Drehmomente oder Lenkwinkelausschläge bzw. eine hohe Frequenz der Überschreitung des Werts des Drehmomentsignals korrigiert oder kompensiert werden können.
Besonders günstig ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der im Schritt des Erkennens die Wahrscheinlichkeit, dass das Lenkelement des Fahrzeugs von einer Hand des Fahrers gehaltenen wird, größer wird, je länger in dem Beobachtungszeitintervall ein Wert der Zeitdauer den Zeitdauerschwellwert wieder unterschreitet überschreitet und/oder ein Wert der Frequenz den Frequenzschwellwert wieder unterschreitet. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet ebenfalls den Vorteil, dass auch überwacht werden kann, dass der Schwellwert durch einen Wert des Drehmomentsignals auch wieder unterschritten werden kann, was dann unter Bezugnahme auf einen entsprechenden Zeitdauerschwellwert und/oder Frequenzschwellwert einen besonders guten und eindeutigen Hinweis darauf gibt, dass das Lenkelement von einer Hand des Fahrers gehalten wird.
Um eine aufwändige Berechnung der Wahrscheinlichkeiten zu vermeiden, kann im Schritt des Erkennens ein Vergrößern oder Verkleinern der Wahrscheinlichkeit in Wahrscheinlichkeitsstufen, insbesondere in Wahrscheinlichkeitsstufen von 10 Prozent erfolgen.
Von Vorteil ist ferner auch eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der im Schritt des Erkennens ein Schwellwert verwendet wird, das von einem Lenkeinschlagwinkel des Lenkelementes abhängig ist. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, dass auch durch den Lenkwinkeleinschlag eine besonders gute Information über die Stellung der Räder des Fahrzeugs bei der Fahrt angenommen werden kann. Diese Stellung der Räder in Bezug auf die Fahrzeuglängsachse beeinflusst dann ebenfalls die Wirkung der Fahrt über eine Unebenheit, sodass hierdurch die passiven Lenkbewegungen, die auf das Lenkelement übertragen werden, sich nochmals anders darstellen, als dies für den Fall der Geradeaus-Fahrt darstellen. Die Berücksichtigung einer derartigen Stellung der Räder kann somit eine weitere Erhöhung der Güte für die Erkennung liefern, ob der Fahrer das Lenkelement mit seiner Hand festhält. Um Störeinflüsse möglichst gut bei einer Auswertung des Drehmomentsignals zu vermeiden, kann im Schritt des Einlesens das Drehmomentsignal ausschließlich von einem Drehmomentsensor eingelesen werden, der in oder an einer Lenksäule des Fahrzeugs verbaut und/oder eingebettet ist, insbesondere wobei der Drehmomentsensor eine Übertragung einer Drehung des Lenkelementes auf ein Lenkgetriebe bewerkstelligt. Hierdurch können die passiven Lenkbewegungen sehr gut erfasst und ohne Störungen aus anderen Quellen ausgewertet werden.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Detektionseinheit als Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante des Ansatzes in Form einer Detektionseinheit kann die dem Ansatz zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Hierzu kann die Detektionseinheit zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine
Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einiesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einiesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
Unter einer Detektionseinheit kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Detektionseinheit kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes werden in der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug zu den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das eine Detektionseinheit gemäß einem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel umfasst;
Fig. 2 eine schematische Darstellung aus einem Teil des Lenksystems im Detail, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der
Drehmomentmessung mittels des hier verwendeten Drehmomentsensors;
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines Ablaufdiagramms eines Verfahrens zur
Detektion einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehalten wird;
Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung einer Abhängigkeit des (Drehmoment-) Schwellwertes von einer Fahrzeuggeschwindigkeit; Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung einer Bestimmung des Frequenz- Schwellenwert;
Fig. 7 mehrere Diagramme zur Erläuterung einer Berechnung des FIOD-Flags, wie es beispielsweise im Berechnungsblock vorgenommen wird;
Fig. 8 ein Diagramm zur Erläuterung des Konzepts zur Bestimmung einer
Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird;
Fig. 9 Diagramme zur Erläuterung des Konzepts zur Bestimmung einer
Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird; und
Fig. 10 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur
Detektion einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehalten wird.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 (welches hier als ein Nutzfahrzeug bzw. Lkw ausgestaltet ist), das eine Detektionseinheit 105 gemäß einem hiervorgestellten Ausführungsbeispiel umfasst. Die Detektionseinheit 105 weist eine Einleseschnittstelle 110 auf, über welche ein Drehmomentsignal 115 eingelesen werden kann, wobei dieses Drehmomentsignal 115 ein aktuelles Drehmoment repräsentiert, das auf einen zwischen ein Lenkelement 120 (hier ein Lenkrad) des Fahrzeugs 100 und ein Lenkgetriebe 125 gekoppelten Drehmomentsensor 130 wirkt. Weiterhin umfasst die Detektionseinheit 105 eine Erkennungseinheit 135, welche als Ausgangssignal eine Wahrscheinlichkeit 140 bereitstellt, das das Lenkelement 120 von einer Hand 145 eines Fahrers 150 des Fahrzeugs 100 (fest-) gehalten wird. Um diese Wahrscheinlichkeit 140 zu erkennen, wird ein Wert des Drehmomentsignals 115 und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals 115 mit einem Schwellwert 155 verglichen, der beispielsweise aus einem Speicher 160 ausgelesen werden kann. Dieser Schwellwert 155 ist ferner von einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit v des Fahrzeugs 100 abhängig, sodass beispielsweise der Speicher 160 auch mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 165 gekoppelt sein kann, mittels dessen die aktuelle Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 100 ermittelt und eine entsprechend passender Schwellwert 155 aus dem Speicher 160 bestimmt und in die Erkennungseinheit 135 übertragen wird. Die Wahrscheinlichkeit 140 kann dabei in Abhängigkeit davon ermittelt oder erkannt werden, dass der Wert des Drehmomentsignals 115 und/oder eine Absolutwert des Drehmomentsignals 115 diesen Schwellwert 155 überschreitet, wie es nachfolgend noch näher beschriebenen ist.
Die Wahrscheinlichkeit 140 gibt im vorliegenden Fall eine Wahrscheinlichkeit an, mit der der Fahrer 150 das Lenkelement 120 mit seiner Hand 145 festhält. Auch kann die Wahrscheinlichkeit eine Validität eines Signals angeben an, das eine Information betrifft, ob der Fahrer 150 das Lenkelement 120 mit seiner Hand 145 festhält. Eine solche Information ist beispielsweise dann erforderlich oder hilfreich, wenn eine autonomes Fahrzeugsystem oder ein Fahrerassistenzsystem 170 im Fahrzeug 100 vorgesehen ist, welches den Fahrer 150 bei der Steuerung des Fahrzeugs 100 unterstützt oder gar selbst die Steuerung des Fahrzeugs 100 autonomen ausführt. In diesem Fall ist aus rechtlichen Gründen und/oder Komfortgründen eindeutig zu erkennen, dass der Fahrer 150 aktiv das Lenkelement 120 mit seiner Hand 145 festhält und somit anzunehmen ist, dass er aktiv die Steuerung des Fahrzeugs 100 übernommen hat. In diesem Fall sollten Lenkeingriffe vom Fahrerassistenzsystem 170 unterbleiben oder in ihrer Priorität herabgestuft werden (bis auf den seltenen Fall des Notfalleingriffs in die Fahrzeugsteuerung), um den Fahrer 150 nicht in der aktiven Fahrzeugführungsfunktion zu behindern.
Um nun mit dem hier vorgestellten Ansatz die Wahrscheinlichkeit zu erkennen, dass das Lenkelement 120 des Fahrzeugs 100 von der Hand 145 des Fahrers 150 (fest-) gehalten wird, kann eine passive Lenkwirkung ausgenutzt werden, wenn das Fahrzeug 100 beispielsweise über einen unebenen Untergrund fährt, beispielsweise eine Straße, auf welcher Steine 175 liegen oder in welcher Schlaglöcher 180 auftreten. Fährt nun ein Rad 190 des Fahrzeugs 100 über einen solchen Stein 175 oder in einen derartiges Schlagloch 180, wird dies zu einer lateralen Auslenkung des Rads 190 führen, welche über das Lenkgetriebe 125 auf das Lenkelement 120 übertragen wird. Hält nun der Fahrer 150 das Lenkelement 120 mit seiner Hand 140 fest, wird dies zu einer anderen, am Drehmomentsensor 130 erfassbaren Drehmomentwirkung führen, als für den Fall, dass der Fahrer 150 das Lenkelement 120 nicht mit seiner Hand 145 festhält. Speziell werden in einem solchen Fall, dass der Fahrer 150 das Lenkelement 120 festhält, keine so großen Drehmomente am Drehmomentsensor 130 erfasst werden können, als für den Fall, dass der Fahrer 150 das Lenkelement 120 nicht festhält. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die laterale Auslenkung des Rads 190 speziell von einer Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 100 abhängig ist, sodass für eine präzise Erkennung der Wahrscheinlichkeit 140 diese Geschwindigkeit v auch für die Auswahl des passenden Schwellwerts 155 berücksichtigt werden sollte. Zusätzlich kann auch ein Lenkwinkel relevant sein, der einen Drehwinkel des Lenkelements 120 oder indirekt auch einen Drehwinkel repräsentiert, um den das Rad 190 des Fahrzeugs 100 gegenüber der Fahrtrichtung des Fahrzeugs 100 eingeschlagen ist, da in diesem Fall auch ein Überfahren des Steins 175 bzw. eine Durchfahrt durch das Schlagloch 180 eine andere Bewegung im Lenkgetriebe 125 bewirkt, als wenn das Rad 190 in die Fahrtrichtung des Fahrzeugs 100 geradeaus gestellt ist. Insofern kann für den hier vorgestellten Ansatz ausgenutzt werden, dass sich das Lenkelement 120 bei der Fahrt des Fahrzeugs 100 in gewisser Weise durch die Auswirkung des von dem Fahrzeug 100 überfahrenen Untergrunds von selbst bewegt, und eine Veränderung dieser (induzierten) Bewegung als Hinweis auf die Wahrscheinlichkeit ausgewertet werden kann, dass der Fahrer 150 des Fahrzeugs 100 das Lenkelement 120 mit seiner Hand 145 festhält.
Für das autonome Fahren ist die Bestimmung von zwei Fahrzuständen, d. h. einerseits der Fahrer steuert das Fahrzeuglenkrad und andererseits der Fahrer steuert das Lenkrad nicht („Hands On“-Erkennung bzw. „Hands On“-Detection, HOD), eine wichtige Sicherheitsfunktion. Diese Funktion, die als "Hands On Detection", kurz „HOD“ bezeichnet wird, basiert auf der Analyse des Handdrehmomentsignals, das durch den integrierten Drehmomentsensor im Lenksystem gemessen wird. Es wird mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Methode zur Verbesserung der Zuverlässigkeit der "Hands on Detection" vorgestellt. Bei dieser Methode werden verschiedene Fahrbedingungen berücksichtigt, nämlich Autobahn, Landstraße und Stadtstraße. Unter diesen ist die „Hands-on“-Detektion auf der Autobahn mit hoher Geschwindigkeit meist eine Herausforderung, da das Handdrehmoment des Fahrers zur Steuerung des Fahrzeugs auf gerader Strecke zu gering ist.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung aus einem Teil des Lenksystems im Detail, wie es in der Fig. 1 grob skizziert wurde. Vorausgeschickt sei, dass, wie bereits zuvor angemerkt, bei der Entwicklung der Funktionen für autonomes Fahren für einen sicheren Übergang des Lenksystems vom Fahrer zum autonomen Fahren und umgekehrt, die Bestimmung, ob Fahrerhände am Lenkrad sind, notwendig ist. Diese Funktion soll einerseits die HOD mit hoher Sicherheit durchführen und andererseits auf der Basis der verfügbaren Sensoren auf einem Standard-TOS ermöglicht werden, um ein Produkt auf der Basis des hier vorgestellten Ansatzes kosteneffizient zu halten.
Der hier vorgestellte Ansatz kann besonders günstig mit einem TOS-System, also einem Torque-Overlay-System, eingesetzt werden, das in der Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Hierbei wird eine Torsionsmessstange als der Drehmomentsensor 130 vorgesehen, die zwischen einem Schaft 200 des Lenkelementes 120, hier des Lenkrads, und einem Einkoppelelement 205 geschaltet ist und die ausgebildet ist, um ein Drehmoment zu erfassen, welches zwischen dem Lenkrad als Lenkelement 120 und dem Lenkgetriebe 125 auftritt. Mittels eines Ausgangsschafts 210 ist dann beispielsweise eine mechanische Kopplung zwischen dem Lenkgetriebe 125 und den in der Fig. 1 dargestellten Rädern 190 realisiert. Um nun einen Fahrer des Fahrzeugs bei der Lenkung zu unterstützen oder auch um das Fahrzeug gegebenenfalls autonom zu lenken ist weiterhin ein Motor 215 bzw. ein Servomotor vorgesehen, der über beispielsweise ein Zahnradgetriebe 220 mit dem Lenkgetriebe 125 bzw. dem Drehmomentsensor 130 gekoppelt ist. Durch eine Drehung des Motors, die über einen Drehzahlsensor 225 erfasst werden kann, kann dann ein effektives Lenkmoment in dem Drehmomentsensor oder allgemein in dem Lenkstrang verändert werden, beispielsweise auch unter Vermittlung einer Übertragungseinheit 230 oder eines Ventils, mit welcher/welchem das vom Motor 215 generierte Drehmoment auf das Lenkgetriebe 125 bzw. das Lenkelement 120 übertragen wird. Auf diese Weise kann dem durch das Lenkelement 120 auf den Lenkstrang eingeprägten Drehmoments ferner auch ein motorgeneriertes Lenkmoment überlagert werden, was durch das „Drehmoment-Überlagerungs-System“ TOS implementiert wird.
Die verfügbaren Sensoren in einem TOS sind der Encoder zur Bestimmung der Motorposition der Welle des Motors 215, der in Fig. 2 durch den Drehzahlsensor 225 gebildet ist, und der Handdrehmomentsensor als Drehmomentsensor 130, der in Fig. 2 zwischen den Punkten A und B angreifend dargestellt ist. Zwischen den Punkten A und B wird der Differenzwinkel aufgrund der T-Bar/Drehstab-Auslenkung während der Bedienung des Lenkrads durch den Fahrer gemessen. Zusätzlich kann durch einen Lenkwinkelsensor 235 ein die Drehung des Lenkelementes 120 repräsentierendes Lenkradwinkelsignal ermittelt werden, das beispielsweise von einem Sensor des EBS- Systems bereitgestellt wird und auch für Zwecke der EBS-Regelung verwendet werden kann.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Drehmomentmessung mittels des hier verwendeten Drehmomentsensors. Aufgrund der Baubegrenzung des Lenksystems und der konzeptionellen Auslegung wird der Handdrehmomentsensor bzw. der hier verwendete Drehmomentsensor 120 normalerweise oben auf dem Lenksystem installiert. Dieser Sensor 120 wird zur Messung des Differenzwinkels zwischen Eingangswelle (beispielsweise im Punkt A aus der Fig. 2) und Ventil/ Übertragungseinheit 230 (beispielsweise im Punkt B aus Fig. 2) verwendet, um das (Hand-) Drehmoment des Fahrers zu berechnen. Der Torsionsstab bzw. der Drehmomentsensor 120 ist in Punkt B über das Zahnradgetriebe 220 mit dem Motor 215 verbunden. Aufgrund des Rückspiels im Getriebe bzw. hier dem Zahnradgetriebe 220 besteht meist eine Diskrepanz zwischen dem gemessenen Winkel Q dieser beiden Punkte. Es wird somit eine Differenz zwischen einem durch die passive Lenkung von Seiten des Lenkgetriebes 125 in das Lenksystem eingekoppelten (Straßen-) Drehmoment Tr und einem durch das Festhalten des Lenkelementes 120 durch die Hand des Fahrers resultierendes Handdrehmoment Td des Fahrers resultierendes Drehmoment gemessen. Hierfür gelten bei Berücksichtigung des Drehwinkels Q des Schafts des Lenkelementes 120 die folgenden Gleichungen: @c — &B ± e
Td — kTB(ßA QB )
— kTB(ßA — Oc ± έ)
T err ~ k TB e wobei Td ein von einer Hand des Fahrers ausgeübtes Drehmoment, kiB die Elastizität des Torsionsstabes als Drehmomentsensors, Tr ein durch die Fahrt auf einer unebenen Fahrbahn resultierendes Drehmoment über das Lenkgetriebe eingekoppeltes Drehmoment und Terr die Ungenauigkeit in der Fahrerhand-Drehmomentmessung repräsentiert, die im TOS so klein wie möglich gehalten werden sollte.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Ablaufdiagramms eines Verfahrens zur Detektion einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehalten wird als Beispiel eines Konzepts eines Hands Off- Erkennungsalgorithmus. In der Fig. 4 ist hierzu ein Schema der Vorgehensweise gemäß diesem Ausführungsbeispiel in der Form eines HOD-Blockdiagramms dargestellt. Zunächst wird beispielsweise in einem Vorbedingungsblock 400, in dem der (Drehmoment- ) Schwellenwert 155 und ein Frequenz-Schwellenwert 405 in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v und dem Lenkradwinkel Q berechnet werden, die in den nachfolgenden Figuren 5 und 6 noch näher beschrieben werden. In einem Berechnungsblock 410 wird in einer Drehmomentberechnungseinheit 415 der Bereich oder die „Range“ des Drehstab-Drehmoments bestimmt, in dem sich aktuell das Drehmoment befindet. Dem Drehmoment-Schwellenwert 155 entsprechend wird der Bereich der Amplitude des (Drehstab-) Drehmomentsignals 115 bestimmt und für die Dauer der Überschreitung des (Drehstab-) Drehmomentsignals 115 bzw. eines Absolutwerts des (Drehstab-) Drehmomentsignals 115 über den (Drehmoment-) Schwellenwert 155 wird ein Ausgangs-Flag entsprechend auf 1 gesetzt. Bei der Frequenzbereichsprüfung wird in dem Berechnungsblock 410 in einer Frequenzberechnungseinheit 420 die Zeitdauer, in der das Drehstab- Drehmomentsignal 115 außerhalb des Bereichs bzw. den (Drehmoment-) Schwellenwert 155 liegt bzw. den (Drehmoment-) Schwellenwert 155 real oder absolut überschreitet, berechnet und mit einem dem Frequenz-Schwellenwert 405 verglichen. Ein Flag wird auf 1 gesetzt, wenn die berechnete Zeitdauer kleiner als der Frequenz- Schwellenwert 405 ist, wie es in der nachfolgenden Fig. 7 dargestellt ist.
Im "Außerhalb des Bereichs'-Kompensationsblock 425 wird ein Ausgangsflag 430 der Amplitudenbereichsprüfung entsprechend dem Ausgangsflag 435 der Frequenzbereichsprüfung manipuliert. Das Drehmoment-Flag gleich Null wird für die Intervalle, in denen das Frequenzflag 1 ist, auf 1 gesetzt und als FIOD-Flag 440 bereitgestellt.
In einem Signalkonditionierungsblock 450 wird für die Eingangssignale eine redundanzbasierte Plausibilitätsprüfung in einem Plausibilitätsblock 455 durchgeführt. Aus diesem Grund sollte die Abweichung zwischen Drehstab-Winkel und Lenkradwinkel Q kleiner als ein Schwellenwert sein. Außerdem kann aus dem Motorwinkel des Motors 215, Lenkradwinkel Q und Drehstab-Rate in einer Drehratenberechnungseinheit 460 ein Drehmomentsignal berechnet werden. Ferner kann auch ein Winkel 465 des Lenkrads weiter in die Berechnung einfließen. Auch die Abweichung zwischen diesem berechneten Drehmomentsignal und dem Drehstab-Drehmoment sollte kleiner als ein Schwellenwert sein. Auf der Grundlage der Plausibilitätsprüfung der Signale wird eine Degradationsstrategie für die HOD-Vertrauensbestimmung angewendet.
Ein Konfidenzniveau 470 des HOD-Algorithmus kann auf der Grundlage eines Zeitzählers und eines Vergleichs der hier berechneten Werte erfolgen. In einer abschließenden Detektion einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird, wird in einer Wahrscheinlichkeitsbestimmungseinheit 475 ein entsprechendes Wahrscheinlichkeitssignal 480 ermittelt, der dann beispielsweise an das in der Fig. 1 dargestellte Fahrerassistenzsystem 170 weitergegeben wird. Nachfolgend wird nun die Bestimmung oder Verarbeitung der in diesem Ansatz verwendeten Größen näher erläutert.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung einer Abhängigkeit des (Drehmoment-) Schwellwertes 155 von einer Fahrzeuggeschwindigkeit. In diesem Diagramm aus der Fig. 5 ist auf der x-Achse die Fahrzeuggeschwindigkeit v und auf der y-Achse ein Drehmoment T aufgetragen. Zur Bestimmung, ob das Fahrzeug vom Fahrer gelenkt wird oder nicht, also ob der Fall „Fland off“ oder „Fland on“ vorliegt, sollte erkannt werden, ob der Fahrer ein Drehmoment auf das Lenkelement 120 in Fig. 1 aufbringt oder ein über eine passive Lenkung auf das Lenkelement 120 eingebrachtes Drehmoment hemmt. In einem Drehmoment-Überlagerungssystem mit offenem Regelkreis hängt der Lenkaufwand des Fahrers vom Drehmoment ab, das auf den Lenkradschwenkarm wirkt. Diese Anstrengung ändert sich proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit. Bei niedrigeren Geschwindigkeiten v ist der Lenkaufwand des Fahrers größer als bei höheren Geschwindigkeiten. Das Mindestdrehmoment des Fahrers zur Überwindung von Widerstandskräften zum Starten der Lenkung bei jeder Fahrzeuggeschwindigkeit wird in dieser Methodik als (Drehmoment-) Schwellenwert Ts gegenüber dem maximal möglichen, messbaren Drehmoment TM betrachtet. Gemäß der obigen Erklärung wird der Schwellwert 155 für die Drehmoment-Amplitude durch Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit v verringert. Die Bestimmung dieser Schwelle 155 ist Gegenstand der Funktionsabstimmung und Parameteroptimierung.
Fig. 6 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung einer Bestimmung des Frequenz- Schwellenwert. In diesem Diagramm aus der Fig. 6 ist auf der x-Achse die Zeit t und auf der y-Achse ein Drehmoment T aufgetragen. Die Unterscheidung zwischen der Frequenz des (Hand-) Drehmoments T des Fahrers und dem Einfluss von Fahrbahnstörungen auf das gemessene Drehmomentsignal 115 ist Gegenstand der Frequenz-Schwellenwertbestimmung. Verschiedene Straßenstörungen wie das Durch- - oder Überfahren von Steinen 175 oder Schlaglöchern 180 verursachen hochfrequente Störungen im (Hand-) Drehmomentsignal 115. Die Frequenz f bzw. die entsprechende Zeitdauer tdist der Störungen ist proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit v, während ihre Amplitude T von der Tiefe des Schlaglochs abhängt, wenn das Fahrzeug in der Zeitspanne 600 das Schlagloch durchfährt. Durch Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit v erhöht sich die Frequenz f der Schwingung im Signal 115. Die Bestimmung dieser Schwelle 405 ist Gegenstand der Funktionsabstimmung und Parameteroptimierung.
Fig. 7 zeigt mehrere Diagramme zur Erläuterung einer Berechnung des FIOD-Flags, wie es beispielsweise im Berechnungsblock 410 vorgenommen wird. Im oberen dieser Diagramme aus der Fig. 7 ist auf der x-Achse die Zeit t und auf der y-Achse ein Drehmoment T aufgetragen. Für die Darstellung der Vorgehensweise wird hier auf das Szenario zurückgegriffen, das bereits mit Bezug zur Fig. 6 näher dargestellt wurde. In den unteren Diagrammen aus der Fig. 7 ist auf der x-Achse die Zeit und auf der y- Achse ein Wert eines Flags aufgetragen.
Bei der Amplitudenbereichsprüfung in der Einheit 415 wird die Amplitude des Drehmomentsignals 115 beobachtet. Wenn das Drehmomentsignal 115 beispielsweise innerhalb der vom Vorbedingungsblock 400 vorgegebenen Schwellenwerte 405 bzw. 115 liegt, setzt dieser Block 415 sein Ausgangsflag 430 auf den binären Wert 1 , andernfalls auf 0, dies in im Teildiagramm für das Ausgangsflag 430 dargestellt ist.
Bei der Frequenzbereichsprüfung im entsprechenden Block 420 wird die Frequenz des Drehmomentsignals 115 beobachtet. Wenn die Zeitdauer tdist, in der das Drehmomentsignal 115 außerhalb des Amplitudenschwellenwerts 155 liegt, kleiner als der durch den Vorbedingungsblock 40 gegebene Schwellwert 405 ist, setzt dieser Block 420 seinen Ausgangsflag 435 auf den binären Wert von 1 , andernfalls 0, wie dies in im Teildiagramm für das Ausgangsflag 435 dargestellt ist.
Basierend auf dem Flag der Frequenzbereichsprüfung in Block 420 wird das Flag der Amplitudenbereichsprüfung 415 im Modul 425 zur Kompensation der Bereichsüberschreitung korrigiert. In den Bereichen, in denen das Drehmoment-Flag 0, das Frequenz-Flag jedoch 1 ist, wird das Drehmoment-Flag auf 1 gesetzt, wie dies in im Teildiagramm für das FIOD-Flag 440 dargestellt ist. Fig. 8 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Konzepts zur Bestimmung einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird. Hierbei wird auf der x-Achse eine Zeit t und auf der y-Achse ein Konfidenz-Niveau C in Prozent aufgetragen. Hierbei kann das Konfidenz-Niveau C in Schritten von 10 Prozent steigen oder fallen, um eine Berechnung dieses Konfidenz- Niveaus zu vereinfachen.
Fig. 9 zeigt Diagramme zur Erläuterung des Konzepts zur Bestimmung einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird. Hierbei wird auf der x-Achse eine Zeit t und auf der y-Achse in den beiden oberen Teildiagrammen ein Wert des jeweils betreffenden Flags und in dem unteren Teildiagramm ein Konfidenz-Niveau C in Prozent aufgetragen. Zur Bestimmung des HOD-Konfidenzniveaus K, 140 wird eine zeitabhängige Strategie angewendet. Der Wert 0 des HOD-Flag 440 zeigt den Hands-on-Modus an, während der Flag-Wert 1 den Hands-off-Modus anzeigt. Im Falle einer Änderung des HOD-Signals 440 von 0 auf 1 beginnt das Vertrauenssignal bzw. eine Wahrscheinlichkeit K, 140 von 0 auf 100 Prozent in einem Zeitintervall von jeweils 10 Prozent zu steigen, wie dies in der Fig. 9 dargestellt ist. Das Zeitintervall ist ein Abstimmungsparameter mit einer Mindestgrenze, die von den Systemeigenschaften und der Sensorqualität abhängt.
Wenn das HOD-Flag 440 von 1 auf 0 wechselt oder wenn das im Signalkonditionierungsblock 450 berechnete Signalkonfidenzniveau 470 von 1 auf 0 wechselt, wird das Konfidenzniveau bzw. die Wahrscheinlichkeit K, 140, auch „Vertrauensniveau“ genannt, des HOD, wie in Fig. 9 dargestellt, herabgesetzt.
Fig. 10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 1000 zur Detektion einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehalten wird. Das Verfahren 1000 umfasst einen Schritt 1010 des Einlesens eines Drehmomentsignals, das ein Drehmoment repräsentiert, das auf einen zwischen das Lenkelement und ein Lenkgetriebe gekoppelten Drehmomentsensor wirkt. Schließlich umfasst das Verfahren 1000 einen Schritt 1020 des Erkennens einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird, wenn ein Wert des Drehmomentsignals und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals einen Schwellwert überschreitet, der von einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig ist, um die Wahrscheinlichkeit zu detektieren, dass das Lenkelement des Fahrzeugs von einer Hand des Fahrers gehaltenen wird.
Mit dem hier vorgestellten Ansatz lassen sich einige Vorteile erreichen wie beispielsweise eine präzise Erkennung, ob eine Hand des Fahrers das Lenkrad hält oder eine Erkennung ob beide Hände am Lenkrad gehalten werden. Auch kann eine solche Erkennung bei unterschiedlichen Fahrzuständen (Stadt / Landstraße / Autobahn / Schotterweg...) oder eine Erkennung innerhalb eines Zeitfensters erfolgen, wobei keine oder nur sehr wenige Erkennungsfehler auftreten. Auch kann eine Kompensation von Schlaglöchern und eine Berücksichtigung einer Frequenz und Amplitude von Impact-Vorfällen, also Vorfällen bei einem Durchfahren oder Überfahren eines Schlaglochs oder eines Steins erfolgen. Denkbar ist weiterhin, dass mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Kompensation von äußeren Einflüssen (beispielsweise Seitenwind/Straßenneigung...) erfolgen kann oder eine sofortige Hands-On Erkennung möglich ist. Auch kann eine geschwindigkeitsunabhängige Erkennung vorgenommen werden, die eine besonders präzise Erkennung der Wahrscheinlichkeit ermöglicht. Auch kann eine einfache Applizierbarkeit mittels speziellen Optimierungstool und eine hohe Robustheit der HOD-Erkennung erreicht werden.
Mit dem hier vorgestellten Ansatz können beispielsweise Fahrzustände anhand von Fahrzeuggeschwindigkeit/Drehmoment und Lenkwinkel erkannt werden, Je nach Fahrzustand werden beispielsweise entsprechende Filter ausgewählt, mit welchen die benötigten Signale vorbereitet werden. Die Signale werden mit einem speziellen Algorithmus verarbeitet und kombiniert (beispielsweise erfolgt ein Einfrieren der Signallage unter gewissen Situationen/statistische Auswertungen/ Vergleich mit bekannten bzw. erlernten Situationen/Berücksichtigung von Zeitintervallen). Hieraus kann als erstes Ergebnis eine Wahrscheinlichkeit bestimmt werden, mit welcher der Fahrer die Hände am Lenkrad hat. Auch kann als zweites Ergebnis eine tatsächliche Auswertung (beispielsweise auch in digitaler Form) sehr leicht umgesetzt werden. Hierfür verwendete Parameter sind Fahrzeugtyp-abhängig, dadurch kann jeweils eine Optimierung pro Typ einfach vorgenommen werden. Für einen solche Fall existiert ein Programm, welches anhand von speziellen Messwerten die Parameter für die optimale Erkennung bestimmt. Hiermit ist es einfach möglich ein zuverlässiges/wiederholbares Ergebnis zu erzielen. Auch kann die hier vorgestellte Funktion mit einem HMI (human- maschine-interface= dt. Mensch-Maschine-Schnittsteile) einfach ausgestattet sein und ein solches Modell parametrierbar und leicht Ein-/Aus-schaltbar ausgestaltet werden. Schwierig zu erkennende Situationen (beispielsweise bei einer hohen Geschwindigkeit oder einem glatten Boden/Fahrbahn), können mittels Veränderung der Lenkunterstützung erkennbar gemacht werden. Hierdurch wird weniger Lenkunterstützung erforderlich, was zu einem größeren Handmoment führt, was selbst in Kosequenz besser erkennbar wird. Auch können (beispielsweise mittels des Motors Drehmoment-) Testimpulse in das Lenksystem ausgegeben und eine Reaktion von Moment/Lenkgeschwindigkeit hierauf erfasst werden. Es kann dann eine Modellierung der Strecke Lenkgetriebe - Lenkrad einfach, robust und zuverlässig ermittelt werden, mit dem Ziel der Extraktion von Fahreranteil/Subtraktion von Fahrzeugreaktionen (Vibrationen...).
Speziell kann mit den hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zur Feststellung aufgezeigt werden, ob der Fahrer mit hoher Sicherheit die Hand am Lenkrad des Fahrzeugs hält. Hierdurch ist eine Erhöhung der Robustheit einer Hands-on-Erkennung möglich, wobei eine solche Bestimmung nur auf Werten eines Drehmomentsensors an der Eingangswelle des Lenksystems basieren kann. Auch ist eine präzise Bestimmung der Hände des Fahrers auf der Autobahn bei hoher Geschwindigkeit und Geradeausfahrt möglich, wie auch eine präzise Bestimmung der am Lenkelement anliegenden Fahrerhände durch Berücksichtigung des mechanischen Spiels im System. Ferner kann auch eine präzise Bestimmung der am Lenkelement anliegenden Fahrerhände durch Plausibilitätsprüfung des Handdrehmomentsignals erfolgen und eine präzise Bestimmung der am Lenkelement anliegenden Fahrerhände durch Entwicklung eines spezifischen Werkzeugs für die Funktionsabstimmung. Denkbar ist auch eine präzise Bestimmung der am Lenkelement anliegenden Fahrerhände durch Abhängigkeit der Funktion von der Fahrzeuggeschwindigkeit sowie eine Ablehnung der externen Störungen in der Ausgabe der Funktion. Die hier vorgestellten Verfahrensschritte können wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ -Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das
Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
BEZUGSZEICHENLISTE
100 Fahrzeug
105 Detektionseinheit
110 Einleseschnittstelle
115 Drehmomentsignal
120 Lenkelement
125 Lenkgetriebe
130 Drehmomentsensor
135 Erkennungseinheit
140 Wahrscheinlichkeit
145 Hand
150 Fahrers
155 Schwellwert
160 Speicher
165 Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
170 Fahrerassistenzsystem
175 Stein
180 Schlagloch
190 Rad v Fahrzeuggeschwindigkeit
200 Schaft
205 Einkoppelelement
210 Ausgangsschafts
215 Motor
220 Zahnradgetriebe
225 Drehzahlsensor
230 Übertragungseinheit
235 Lenkwinkelsensor
Tr (Straßen-) Drehmoment
Td (Hand-) Drehmoment Q Drehwinkels, Lenkradwinkel
400 Vorbedingungsblock
405 Frequenz-Schwellenwert
410 Berechnungsblock
415 Drehmomentberechnungseinheit
420 Frequenzberechnungseinheit
425 Kompensationsblock
430 Ausgangsflag
435 Ausgangsflag
440 HOD-Flag
450 Signalkonditionierungsblock
455 Plausibilitätsblock
460 Drehratenberechnungseinheit
465 Winkel des Lenkrads
470 Konfidenzniveau
475 Wahrscheinlichkeitsbestimmungseinheit
480 Wahrscheinlichkeitssignal
T Drehmoment
Ts (Drehmoment-) Schwellenwert
TM maximal mögliches, messbares Drehmoment tdist Zeitdauer
600 Zeitspanne
C Konfidenz-Niveau
K HOD-Konfidenzniveau. Wahrscheinlinkeit
1000 Verfahrens zur Detektion einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehalten wird 1010 Schritt des Einlesens eines Drehmomentsignals
1020 Schritt des Erkennens einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines
Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren (1000) zur Detektion einer Wahrscheinlichkeit (K, 140), dass ein Lenkelement (120) eines Fahrzeugs (100) von einer Hand (145) eines Fahrers (150) gehaltenen wird, wobei das Verfahren (1000) die folgenden Schritte aufweist:
- Einlesen (1010) eines Drehmomentsignals, das ein Drehmoment repräsentiert, das auf einen zwischen das Lenkelement (120) und ein Lenkgetriebe (125) gekoppelten Drehmomentsensor wirkt; und
- Erkennen (1020) einer Wahrscheinlichkeit (K, 140), dass ein Lenkelement (120) eines Fahrzeugs (100) von einer Hand (145) eines Fahrers (150) gehaltenen wird, wenn ein Wert des Drehmomentsignals (115) und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals (115) einen Schwellwert (155, Ts) überschreitet, der von einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit (v) abhängig ist, um die Wahrscheinlichkeit (K, 140) zu detektieren, dass das Lenkelement (120) des Fahrzeugs (100) von einer Hand (145) des Fahrers (150) gehaltenen wird.
2. Verfahren (1000) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1020) des Erkennens ein Schwellwert (155, Ts) verwendet wird, der bei einer höheren Fahrzeuggeschwindigkeit (v) einen niedrigeren Wert aufweist, als bei einer niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeit (v).
3. Verfahren (1000) gemäß einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1020) des Erkennens die Wahrscheinlichkeit (K, 140), dass das Lenkelement (120) des Fahrzeugs (100) von einer Hand (145) des Fahrers (150) gehaltenen wird ferner unter Verwendung zumindest einer Zeitdauer (tdist) erkannt wird, für die ein Wert des Drehmomentsignals (115) und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals (115) den Schwellwert (155, Ts) überschreitet und/oder ferner unter Verwendung zumindest einer Frequenz erkannt wird, mit der der Wert des Drehmomentsignals (115) und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals (115) den Schwellwert (155, Ts) überschreitet.
4. Verfahren (1000) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1020) des Erkennens die Wahrscheinlichkeit (K, 140), dass das Lenkelement (120) des Fahrzeugs (100) von einer Hand (145) des Fahrers (150) gehaltenen wird, ferner unter Verwendung zumindest eines Zeitdauerschwellwerts erkannt wird, der durch die Zeitdauer (tdist) überschritten wird, dass ein Wert des Drehmomentsignals (1 15) und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals (115) den Schwellwert (155, Ts) überschreitet und/oder dass im Schritt des Erkennens (1020) die Wahrscheinlichkeit (K, 140), dass das Lenkelement (120) des Fahrzeugs (100) von einer Hand (145) des Fahrers (150) gehaltenen wird, ferner unter Verwendung zumindest eines Frequenzschwellwerts (405) erkannt wird, der durch die Frequenz überschritten wird, mit der der Wert des Drehmomentsignals (115) und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals (115) den Schwellwert (155, Ts) überschreitet.
5. Verfahren (1000) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1020) des Erkennens die Wahrscheinlichkeit (K, 140), dass das Lenkelement (120) des Fahrzeugs (100) von einer Hand (145) des Fahrers (150) gehaltenen wird, kleiner wird, wenn in einem Beobachtungszeitraum ein Wert des Drehmomentsignals (115) und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals (115) einen Schwellwert (155, Ts) überschreitet.
6. Verfahren (1000) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1020) des Erkennens die Wahrscheinlichkeit (K, 140), dass das Lenkelement (120) des Fahrzeugs (100) von einer Hand (145) des Fahrers (150) gehaltenen wird, größer wird, wenn in dem Beobachtungszeitraum (600) ein Wert des Drehmomentsignals (115) und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals (115) einen Schwellwert (155, Ts) wieder unterschreitet.
7. Verfahren (1000) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1020) des Erkennens die Wahrscheinlichkeit (K, 140), dass das Lenkelement (120) des Fahrzeugs (100) von einer Hand (145) des Fahrers (150) gehaltenen wird, kleiner wird, je länger in einem Beobachtungszeitintervall ein Wert der Zeitdauer (tdist) den Zeitdauerschwellwert überschreitet und/oder ein Wert der Frequenz den Frequenzschwellwert (405) überschreitet.
8. Verfahren (1000) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1020) des Erkennens die Wahrscheinlichkeit (K, 140), dass das Lenkelement (120) des Fahrzeugs (100) von einer Hand (145) des Fahrers (150) gehaltenen wird, größer wird, wenn in dem Beobachtungszeitintervall ein Wert der Zeitdauer (tdist) den Zeitdauerschwellwert wieder unterschreitet überschreitet und/oder ein Wert der Frequenz den Frequenzschwellwert (405) wieder unterschreitet.
9. Verfahren (1000) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1020) des Erkennens ein Vergrößern oder Verkleinern der Wahrscheinlichkeit (K, 140) in Wahrscheinlichkeitsstufen, insbesondere in Wahrscheinlichkeitsstufen von 10 Prozent erfolgt.
10. Verfahren (1000) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1020) des Erkennens ein Schwellwert (155, Ts) verwendet wird, das von einem Lenkeinschlagwinkel (Q) des Lenkelementes (120) abhängig ist.
11. Verfahren (1000) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1010) des Einlesens das Drehmomentsignal (115) ausschließlich von einem Drehmomentsensor (130) eingelesen wird, der in oder an einer Lenksäule des Fahrzeugs (100) verbaut und/oder eingebettet ist, insbesondere wobei der Drehmomentsensor (130) eine Übertragung einer Drehung des Lenkelementes (120) auf ein Lenkgetriebe (125) bewerkstelligt.
12. Detektionseinheit (105), die eingerichtet ist, um die Schritte des Verfahrens (1000) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche in entsprechenden Einheiten (110,
135) auszuführen und/oder anzusteuern.
13. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren (1000) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen und/oder anzusteuern.
14. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 13 gespeichert ist.
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