DE102013000203B4 - Verfahren zur Ermittlung einer Art einer Lenkbewegung und Verfahren zur Überwachung eines Fahrerzustandes - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Ermittlung einer Art einer Lenkbewegung eines Fahrzeuges, wobei anhand einer erfassten Relativbewegung zwischen einem Lenkrad zugewandten ersten Ende einer Lenkung des Fahrzeuges und einem Lenkgetriebe zugewandten zweiten Ende der Lenkung zwischen einer fahrerinduzierten und einer nichtfahrerinduzierten Lenkbewegung unterschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung zwischen dem Lenkrad des Fahrzeuges und einer Zahnstange bzw. einem als Ritzel bezeichneten treibenden Zahnrad als Bestandteile der Lenkung erfasst wird, wobei eine Ritzelwinkelgeschwindigkeit (vR) und eine Lenkradwinkelgeschwindigkeit (vL) als Signale erfasst werden, wobei eine Differenz zwischen der Lenkradwinkelgeschwindigkeit (vL) und der Ritzelwinkelgeschwindigkeit (vR) oder aus den Beträgen (u) der beiden Geschwindigkeiten (vR, vL) gebildet wird oder eine Differenzbildung aus einem jeweiligen Analyseteil (AT1, AT2) von Ritzelwinkelgeschwindigkeit (vR) und Lenkradwinkelgeschwindigkeit (vL) erfolgt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Art einer Lenkbewegung eines Fahrzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung eines Fahrerzustandes eines Fahrers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2.
• Ein gattungsgemäßes Verfahren ist beispielsweise bekannt aus der DE 103 55 221 A1 . Zum Erkennen von Unaufmerksamkeiten des Fahrers eines Fahrzeuges wird ein Maß für die Schwere der Unaufmerksamkeit des Fahrers beim Lenken des Fahrzeuges durch Bewerten des Ergebnisses einer Verknüpfung der Ausprägung einer Lenkruhephase und der Ausprägung einer Lenkaktion ermittelt.
• Ebenfalls gattungsbildend ist ein Verfahren gemäß DE 10 2009 028 647 A1 . Zum Erkennen eines Bedienungszustands eines Lenkrads in einem Lenksystem in einem Fahrzeug werden ein aktueller hoch aufgelöster Lenkradwinkel und ein aktuelles Lenkmoment ermittelt, wobei in Abhängigkeit von dem Lenkradwinkel und dem Lenkmoment ein von dem Fahrer aktuell aufgebrachtes Fahrerhandmoment und in Abhängigkeit von einem Verlauf des Fahrerhandmoments der Bedienungszustand des Lenkrads bestimmt wird.
• Ebenfalls gattungsbildend ist ein Verfahren gemäß DE 10 2010 048 913 A1 . In dieser Schrift wird ein Fahrzeuglenksystem beschrieben, umfassend einen Lenkwinkelsensor, der konfiguriert ist, um einen Lenkwinkel zu messen, eine Steuereinheit für automatisches Lenken, die konfiguriert ist, um das Fahrzeuglenksystem im Automatikbetriebszustand zu steuern und eine Fahrereingriffseinheit, die konfiguriert ist, um während des Automatikbetriebszustands einen Fahrereingriff zu erfassen, wobei die Fahrereingriffseinheit ein Entscheidungssoftwaremodul umfasst, das konfiguriert ist, um einen Fahrereingriff als Funktion des gemessenen Lenkwinkels und eines zweiten Lenkwinkels zu bestimmen.
• Ebenfalls gattungsbildend ist ein Verfahren gemäß DE 10 2011 011 319 A1 . In dieser Schrift werden Lenkbewegungen des Fahrers auf das Vorliegen von Mustern, die auf mangelnde Aufmerksamkeit hinweisen, überprüft, wobei entschieden wird, ob der vor dem Fahrzeug liegende Weg eine Kurskorrektur erfordert oder nicht.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Ermittlung einer Art einer Lenkbewegung eines Fahrzeuges und ein verbessertes Verfahren zur Überwachung eines Fahrerzustandes eines Fahrers eines Fahrzeuges anzugeben.
• Die Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 bzw. in Anspruch 2 angegebenen Merkmale gelöst.
• Ein Verfahren zur Ermittlung einer Art einer Lenkbewegung eines Fahrzeuges sieht vor, dass bei beispielsweise einem aktivierten Querführungssystem anhand einer erfassten Relativbewegung zwischen einem Lenkrad zugewandten ersten Ende einer Lenkung, insbesondere einer Lenkstange einer Lenkung des Fahrzeuges und einem Lenkgetriebe zugewandten zweiten Ende der Lenkung zwischen einer fahrerinduzierten und einer nichtfahrerinduzierten Lenkbewegung unterschieden wird. Eine andere Art von Lenkung liegt z.B. bei einer Steer-By-Wire-Lenkung vor, wo es keine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Lenkgetriebe gibt. Eine Lenkstange ist damit zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht zwingend erforderlich.
• Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung eines Fahrerzustandes eines Fahrers eines Fahrzeuges anhand einer Lenkmustererkennung, wobei mittels der Lenkmustererkennung ein Maß der Schwere einer Unaufmerksamkeit und/oder Müdigkeit des Fahrers ermittelt wird. Es wird bei einem aktivierten Querführungssystem anhand einer erfassten Relativbewegung zwischen einem Lenkrad zugewandten ersten Ende einer Lenkstange einer Lenkung des Fahrzeuges und einem Lenkgetriebe zugewandten zweiten Ende der Lenkstange zwischen einer fahrerinduzierten und einer nichtfahrerinduzierten Lenkbewegung unterschieden, wobei die ermittelte Art der Lenkbewegung bei der Überwachung des Fahrerzustandes berücksichtigt wird. Gleiches gilt beispielweise auch für Fahrbahnstörungen oder einseitigem Bremseingriff.
• Durch die Unterscheidung zwischen den Lenkbewegungen ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, die Verfügbarkeit von Assistenzsystemen, welche auf fahrerinduzierte Lenkbewegungen reagieren, zu erhöhen, wodurch daraus resultierend die Zuverlässigkeit, insbesondere bei der Überwachung des Fahrerzustandes, gesteigert werden kann.
• Dabei bedeutet der Begriff fahrerinduziert im Extremfall, dass eine Lenkradbewegung vorliegt, während eine Zahnstange der Lenkung des Fahrzeuges unbewegt bleibt. Unter nichtfahrerinduziert hingegen ist im Extremfall die Bewegung der Zahnstange bzw. des treibenden Zahnrades bei feststehendem Lenkrad zu verstehen.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
• Dabei zeigen:
• 1 schematisch einen ersten Verfahrensablauf zur Ermittlung einer fahrerinduzierten oder nichtfahrerinduzierten Lenkbewegung eines Fahrzeuges,
• 2 schematisch einen zweiten Verfahrensablauf zur Ermittlung einer fahrerinduzierten oder nichtfahrerinduzierten Lenkbewegung eines Fahrzeuges und
• 3 schematisch einen dritten Verfahrensablauf zur Ermittlung einer fahrerinduzierten oder nichtfahrerinduzierten Lenkbewegung eines Fahrzeuges
• Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• Die 1 bis 3 zeigen jeweils einen Verfahrensablauf zur Ermittlung einer fahrerinduzierten oder nichtfahrerinduzierten Lenkbewegung eines Fahrzeuges. In 1 ist ein erster, in 2 ist ein zweiter und in 3 ist ein dritter Verfahrensablauf zur Unterscheidung von auftretenden Lenkbewegungen dargestellt.
• Insbesondere ist das Verfahren zur Verwendung bei einer Überwachung eines Fahrerzustandes eines Fahrers eines Fahrzeuges vorgesehen, wobei mittels einer Lenkmustererkennung ein Maß der Schwere einer Unaufmerksamkeit und/oder Müdigkeit des Fahrers ermittelt wird. Verfügt das Fahrzeug über ein Querführungssystem, beispielsweise ein Assistenzsystem zur Spurhaltung, besteht die Gefahr, dass die Überwachung des Fahrerzustandes durch automatisch durchgeführte Lenkeingriffe eingeschränkt oder außer Kraft gesetzt wird. Um dies im Wesentlichen vermeiden zu können, wird eine Unterscheidung zwischen fahrerinduzierten oder nichtfahrerinduzierten Lenkbewegungen durchgeführt.
• Zur Unterscheidung wird eine Relativbewegung zwischen Bestandteilen einer Lenkung des Fahrzeuges erfasst. Insbesondere ist vorgesehen, die Relativbewegung zwischen einem Lenkrad des Fahrzeuges und einer Zahnstange bzw. einem als Ritzel bezeichneten treibenden Zahnrad als Bestandteile der Lenkung zu erfassen.
• Eine fahrerinduzierte Lenkbewegung bei einer Normalfahrt des Fahrzeuges liegt vor, wenn ein Lenkradwinkel betragsmäßig größer ist als ein Ritzelwinkel. Hinsichtlich der Überwachung des Fahrerzustandes sind vergleichsweise langsame und/oder kleinere Lenkbewegungen von Interesse, wobei als langsame Lenkbewegung eine Lenkbewegung mit einer Lenkradwinkelgeschwindigkeit v_L von beispielsweise kleiner als 20°/s und als kleine Lenkbewegung eine Lenkbewegung mit einem Lenkradwinkel, der kleiner als 30° ist, angesehen wird. Eine Abweichung zwischen dem Lenkradwinkel und dem Ritzelwinkel wird durch die aus der Abweichung resultierende Verdrehung des Drehelementes erfasst.
• Eine nichtfahrerinduzierte Lenkbewegung wird erkannt, wenn der Lenkradwinkel insbesondere bei langsamen und/oder kleinen Lenkbewegungen betragsmäßig kleiner ist als der Ritzelwinkel, wobei ebenfalls von einer Normalfahrt ausgegangen wird. Bei Nichtvorliegen einer genauen Abweichung zwischen dem Lenkradwinkel und dem Ritzelwinkel ist es möglich, eine Winkeländerung zu Beginn der Lenkbewegung zu betrachten. Dies ist möglich, da zu Beginn der Lenkbewegung die Lenkradwinkeländerung am Lenkrad des Fahrzeuges kleiner ist als am Ritzel. Die Lenkradwinkeländerung ist bevorzugt mittels eines Lenkradwinkelsensors erfassbar. In einem Extremfall zeigt ein an der Lenksäule befestigter Lenkradwinkelsensor, der sich von der Position des Drehelementes aus betrachtet, auf der Seite des Lenkrades befindet, eine Winkeländerung an, wobei an dem Ritzel keine oder nur eine geringe Winkeländerung auftritt.
• Möglich ist auch, dass im Betrieb des Fahrzeuges gegenläufige Bewegungen zwischen Lenkrad und Ritzelwinkel auftreten, die sowohl als fahrerinduzierte als auch als nichtfahrerinduzierte Lenkbewegungen erfasst werden können. Es kann eine gegenläufige Ritzelwinkelbewegung auftreten, die durch die Schlaglochdurchfahrt und eine durch den Fahrer bedingte Lenkradwinkelrichtung hervorgerufen wird. Allgemein können solche gegenläufigen Bewegungen bei jeder Art von Fahrbahnstörungen und/oder bei einseitigem Bremseingriff auftreten.
• Der Ritzelwinkel ist direkt messbar oder indirekt z.B. aus dem Lenkradwinkel, einem momentanen Drehmoment und eine entsprechende Drehelementsteifigkeit berechenbar und/oder steht z. B. direkt Größe durch eine elektromechanische Servolenkung des Fahrzeuges zur Verfügung.
• Eine Ritzelwinkeländerung ist über eine momentane Drehmomentänderung und die entsprechende Drehelementsteifigkeit ermittelbar und/oder die Ritzelwinkeländerung wird durch die Ableitung A eines zur Verfügung stehenden Winkelsignals durch die elektromechanische Servolenkung ermittelt, wobei das abgeleitete Signal unter Berücksichtigung des Vorzeichens weiterverarbeitet wird. Damit wird das Anlenken und nicht das Zurücklenken analysiert. Das Winkelsignal repräsentiert die Lenkradwinkelgeschwindigkeit oder die Ritzelwinkelgeschwindigkeit, ist also ein Geschwindigkeitssignal. Bei einer Steer-By-Wire-Lenkung kann die Ritzelwinkeländerung aus einer Regelabweichung ermittelt werden.
• Dabei ist eine Differenz zwischen dem Lenkradwinkel und dem Ritzelwinkel und/oder den beiden Winkeländerungen ein Maß für die Stärke der Induzierung.
• In den 1 bis 3 ist jeweils eine verhältnismäßig störungsanfällige Umsetzung zur Unterscheidung der Lenkbewegung dargestellt, die weitere Kriterien zur Robustheitssteigerung eines Ermittlungsmoduls, mittels dessen die Unterscheidung der Lenkbewegung durchgeführt wird, beinhalten.
• Als Ergebnis des jeweiligen Verfahrensablaufes wird ein Ausgangssignal NFA_aktiv1 bis NFA_aktiv3 erhalten, wobei eine nichtfahrerinduzierte Lenkbewegung vorliegt, wenn das Ausgangssignal NFA_aktiv1 bis NFA_aktiv3 den Wert 1 annimmt.
• Bei dem jeweiligen Verfahrensablauf werden die Ritzelwinkelgeschwindigkeit v_R und die Lenkradwinkelgeschwindigkeit v_L als Signale erfasst und jeweils einem Tiefpassfilter TP zugeführt, wobei die Filterung mittels der Tiefpassfilter TP nicht zwingend erforderlich ist.
• Anschließend wird die Differenz zwischen erfasster Ritzelwinkelgeschwindigkeit v_R und erfasster Lenkradwinkelgeschwindigkeit v_L gebildet, wie in einem zweiten Analyseteil AT2 in 1 gezeigt ist und mit dem Vorzeichen der Ritzelwinkelgeschwindigkeit v_R multipliziert. Diese das Vorzeichen berücksichtigende Abweichung zwischen der Ritzelwinkelgeschwindigkeit v_R und der Lenkradwinkelgeschwindigkeit v_L wird darauffolgend mit einem ersten Grenzwert G₃ verglichen.
• Alternativ dazu kann auch die Differenz aus den Beträgen u der beiden Geschwindigkeiten v_R, v_L gebildet werden, wie in dem zweiten Verfahrensablauf gemäß 2 dargestellt ist.
• Eine weitere Alternative zur Unterscheidung der Lenkbewegungen besteht in der Differenzbildung aus einem jeweiligen Analyseteil AT1, AT2 von Ritzelwinkelgeschwindigkeit v_R und Lenkradwinkelgeschwindigkeit v_L, wobei sich ein erstes Analyseteil AT1 auf das Ritzel und ein zweites Analyseteil AT2 auf das Lenkrad beziehen. Die jeweils anschließende Grenzwertbetrachtung mit den Grenzwerten G₄ bis G₆ unterscheidet sich hinsichtlich der Größe der Grenzwerte G₄ bis G₆. Dabei unterscheiden sich die Grenzwerte G₄ bis G₆ in ihrer Größe auch von dem ersten Grenzwert G₃.
• In 3 wird tatsächlich das Anlenken ausgewertet.
• Zur Erhöhung der Robustheit des jeweiligen Ausgangssignals NFA_akti1 bis NFA_aktiv3 wird ein eventuell durch Umwelteinflüsse, wie z. B. Straßenrauhigkeit und/oder Motorvibrationen, auftretendes Rauschen, welches auf die Lenkung des Fahrzeuges wirkt, reduziert.
• Dazu sollten folgende in 1 dargestellte Bedingungen erfüllt sein:
• Eine erste Bedingung ist, dass der Betrag u der Ritzelwinkelgeschwindigkeit v_R größer sein soll als ein zweiter Grenzwert G₂.
• Eine zweite zu erfüllende Bedingung ist, dass eine Anlenkgeschwindigkeit x in dem ersten Analyseteil AT1 größer ist als ein dritter Grenzwert G₁.
• Dabei liegt ein Anlenken vor, wenn der jeweilige Winkel betragsmäßig ansteigt.
• Alle Grenzwertbetrachtungen und die anschließende UND-Verknüpfung können auch als Fuzzy-Logik ausgeführt sein.

Claims (6)

1. Verfahren zur Ermittlung einer Art einer Lenkbewegung eines Fahrzeuges, wobei anhand einer erfassten Relativbewegung zwischen einem Lenkrad zugewandten ersten Ende einer Lenkung des Fahrzeuges und einem Lenkgetriebe zugewandten zweiten Ende der Lenkung zwischen einer fahrerinduzierten und einer nichtfahrerinduzierten Lenkbewegung unterschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung zwischen dem Lenkrad des Fahrzeuges und einer Zahnstange bzw. einem als Ritzel bezeichneten treibenden Zahnrad als Bestandteile der Lenkung erfasst wird, wobei eine Ritzelwinkelgeschwindigkeit (v_R) und eine Lenkradwinkelgeschwindigkeit (v_L) als Signale erfasst werden, wobei eine Differenz zwischen der Lenkradwinkelgeschwindigkeit (v_L) und der Ritzelwinkelgeschwindigkeit (v_R) oder aus den Beträgen (u) der beiden Geschwindigkeiten (v_R, v_L) gebildet wird oder eine Differenzbildung aus einem jeweiligen Analyseteil (AT1, AT2) von Ritzelwinkelgeschwindigkeit (v_R) und Lenkradwinkelgeschwindigkeit (v_L) erfolgt.
2. Verfahren zur Überwachung eines Fahrerzustandes eines Fahrers eines Fahrzeuges anhand einer Lenkmustererkennung, wobei mittels der Lenkmustererkennung ein Maß der Schwere einer Unaufmerksamkeit und/oder Müdigkeit des Fahrers ermittelt wird, wobei anhand einer erfassten Relativbewegung zwischen einem Lenkrad zugewandten ersten Ende einer Lenkung des Fahrzeuges und einem Lenkgetriebe zugewandten zweiten Ende der Lenkung zwischen einer fahrerinduzierten und einer nichtfahrerinduzierten Lenkbewegung unterschieden wird und die ermittelte Art der Lenkbewegung bei der Überwachung des Fahrerzustandes berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung zwischen dem Lenkrad des Fahrzeuges und einer Zahnstange bzw. einem als Ritzel bezeichneten treibenden Zahnrad als Bestandteile der Lenkung erfasst wird, wobei eine Ritzelwinkelgeschwindigkeit (v_R) und eine Lenkradwinkelgeschwindigkeit (v_L) als Signale erfasst werden, wobei eine Differenz zwischen der Lenkradwinkelgeschwindigkeit (v_L) und der Ritzelwinkelgeschwindigkeit (v_R) oder aus den Beträgen (u) der beiden Geschwindigkeiten (v_R, v_L) gebildet wird oder eine Differenzbildung aus einem jeweiligen Analyseteil (AT1, AT2) von Ritzelwinkelgeschwindigkeit (v_R) und Lenkradwinkelgeschwindigkeit (v_L) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkung eine Lenkstange umfasst, welche zwischen Lenkrad und Lenkritzel eine mechanische Wirkverbindung herstellt.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einem aktivierten Querführungssystem angewendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ausschließlich bei einem aktivierten Querführungssystem angewendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einem einseitigen Bremseingriff angewendet wird.

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