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Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrerassistenzsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.
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Kollisionen von Gegenständen mit der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, seien es Steine, Tiere oder sonstige Gegenstände, sind nicht nur geeignet, Beschädigungen hervorzurufen. Vielmehr kann der Fahrer des Kraftfahrzeugs im Moment der Kollision erschrecken und hierdurch zu einer unbeabsichtigten Betätigung der Fahrzeuglenkung veranlasst werden. Insbesondere kleineren Objekte werden oftmals erst im Moment des Aufpralls akustisch wahrgenommen, so dass sich der Fahrer auf eine solche Kollision nicht einstellen kann, die Schrecksituation durch ein Aufschlaggeräusch somit sehr plötzlich und überraschend eintritt. Unbeabsichtigte Betätigungen der Fahrzeuglenkung bergen oftmals ein Gefahrenpotenzial, welches schwerwiegender sein kann als die Koalition mit einem Gegenstand, welcher zwar akustisch auffällig sein mag, welchem die Windschutzscheibe jedoch noch standzuhalten vermag. Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein solches Gefahrenpotenzial zu vermindern.
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Aus
DE 10 2020 005 472 A1 sind in diesem Zusammenhang ein Verfahren zur Umgebungserfassung im Hinblick auf Steinschlag, eine Steuereinrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie eine entsprechende Erfassungsvorrichtung bekannt. Als geeignete Sensorik werden ein Lidar-System, ein Radar-System, eine Monokamera und ein stereogrammmetrisches Kamerasystem genannt. Mit dieser Sensorik werden mindestens zwei Messungen durchgeführt, um potentielle Kollisionsobjekte zu detektieren. Mit diesen zwei Messungen wird eine Flugbahn des gefundenen Objekts berechnet. Anhand der Flugbahn des gefundenen Objekts wird das gefundene Objekt klassifiziert, so dass danach wenigstens eine Gegenmaßnahme getroffen werden kann. Die wenigstens eine Gegenmaßnahme ist laut
DE 10 2020 005 472 A1 ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einem Ausweichvorgang, einem Abbremsvorgang, einem Beschleunigungsvorgang und einem aktiven Abwehrvorgang, wobei letzteres die Betätigung einer Abwehreinrichtung in der Art eines Scheibenwischers beinhaltet. Zielsetzung in
DE 10 2020 005 472 A1 ist es, die Kollision zu vermeiden.
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Ein weiteres Fahrassistenzsystem, welches darauf abzielt, Kollisionen mit einem Objekt an der Windschutzscheibe eines autonom fahrenden Kraftfahrzeugs zu vermeiden, ist aus
DE 10 2018 100 899 A1 bekannt. Als Sensorik wird ein an der Windschutzscheibe eingebauter Drucksensor vorgeschlagen. Der Drucksensor kann insbesondere eine Vielzahl von piezoelektrischen Dünnschichtsensoren aufweisen, welche in eine mehrschichtige Windschutzscheibe einlaminiert sind. Ein Signal des Drucksensors wird verwendet, um einen Einschlag gegen die Windschutzscheibe als Steinschlag zu identifizieren. Als Reaktion auf einen identifizierten Steinschlag wird wiederum ein vorausfahrender Lastkraftwagen Lastwagen identifiziert, der sich innerhalb eines vorgegebenen Radius des Kraftfahrzeugs befindet, woraufhin das Kraftfahrzeug zu einem Ausweichmanöver angeleitet wird. Da
DE 10 2018 100 899 A1 vor allem ein Ausweichmanöver beim autonomen Fahren betrifft, ist das Erschrecken für den Fahrer zwar störend, jedoch für die Fahrsicherheit in der Regel unproblematisch, da hieraus keine unbeabsichtigte Lenkbewegung resultieren kann.
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Eine Auseinandersetzung mit der Problematik des Erschreckens des Fahrers findet sich in
DE 10 2018 207 222 A1 betreffend die Verringerung einer Auswirkung einer Schreckreaktion eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs. Dazu wird ein Fahrerassistenzsystem vorgeschlagen, das eingerichtet ist, ein plötzlich auftretendes, die Schreckreaktion auslösendes Störereignis zu erkennen, zumindest eine für eine Lenkbewegung des Fahrers an einem Lenkrad des Kraftfahrzeugs charakteristische Lenkradgröße in einem vorgegebenen Zeitfenster nach dem Störereignis zu erfassen, einen ersten, der Lenkradgröße entsprechenden Lenkwinkel eines Rads des Kraftfahrzeugs zu bestimmen oder entgegenzunehmen, der von dem Störereignis unabhängig ist, einen zweiten, der Lenkradgröße entsprechenden Lenkwinkel des Rads zu bestimmen, der von dem Störereignis abhängig ist und bei dem der Einfluss der Lenkradgröße auf den Lenkwinkel des Rads gegenüber dem ersten Lenkwinkel des Rads geringer ist, und das zumindest eine Rad entsprechend dem zweiten Lenkwinkel des Rads zu lenken. Als Störereignisse werden ein Reifenplatzer sowie ein Steinschlag genannt. Die vorgeschlagene Kompensationsmaßnahme besteht in
DE 10 2018 207 222 A1 darin, die unbeabsichtigte Lenkbewegung zwar zuzulassen, jedoch deren Auswirkung auf den Lenkwinkel der Räder zu vermindern. Im Rahmen einer Servolenkung soll dazu von der Lenkunterstützung ein der Lenkbewegung entgegengesetztes Moment erzeugt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hierzu weitere Alternativen aufzuzeigen.
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Dazu wird ein Fahrerassistenzsystem gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen, welches sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass die Steuereinrichtung in Bezug auf die Ansteuerung der Fahrzeuglenkung derart konfiguriert ist, dass bei Erfassung einer tatsächlichen oder bevorstehenden Kollision die Position der Lenkungshandhabe der Fahrzeuglenkung temporär stabilisiert wird.
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Hierdurch wird der Aufbringung einer unbeabsichtigten Lenkbewegung durch den Fahrer auf die Fahrzeuglenkung entgegengewirkt, so dass dieser bei Erschrecken die Lenkungshandhabe weniger leicht als gewohnt verstellen kann. Dies vermeidet abrupte Fahrmanöver, wie sie aus einer unbeabsichtigten Betätigung der Lenkungshandhabe resultieren würden. Um das Führen des Kraftfahrzeugs nicht zu beeinträchtigen, wird eine solche Stabilisierung der Lenkungshandhabe nur temporär, nämlich für ein kurzes Zeitintervall vorgenommen.
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Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
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So kann insbesondere die temporäre Stabilisierung der Fahrzeuglenkung beinhalten, dieser kurzzeitig eine Schwergängigkeit aufzuprägen, wodurch besonders zuverlässig verhindert werden kann, dass der Fahrer die Lenkungshandhabe im Moment des Erschreckens verreißt. Das Ausmaß dieser gewünschten Schwergängigkeit ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass dieses vom Fahrer überwunden werden kann. Der hierfür benötigte Kraftbedarf liegt jedoch über dem, welcher für eine Betätigung der Fahrzeuglenkung ohne die künstlich zugefügte Schwergängigkeit erforderlich ist.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsart kann zur temporären Stabilisierung eine Lenkunterstützung vermindert werden. Hierdurch erhöht sich für den Fahrer der Widerstand an der Lenkungshandhabe.
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Ferner kann zur temporären Stabilisierung auch eine Lenkübersetzung der Lenkung erhöht werden. Als Lenkübersetzung wird vorliegend das Verhältnis eines Betätigungswegs an der Lenkungshandhabe zum Lenkwinkel an den Fahrzeugrädern verstanden. Auch hierdurch erhöht sich für den Fahrer der Widerstand an der Lenkungshandhabe.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart kann an der Lenkung eine zusätzliche mechanische Dämpfungseinrichtung vorgesehen sein. Zur temporären Stabilisierung wird diese aktiviert, so dass auf mechanischem Weg ein Widerstand gegen die Bewegung der Lenkungshandhabe generiert wird.
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Die temporäre Stabilisierung erfolgt vorzugsweise für ein vorgegebenes Zeitintervall. Dieses Zeitintervall wird vorzugsweise auf 0,5 bis 2 Sekunden beschränkt, so dass dem Fahrer danach das herkömmliche Lenkgefühl wieder zur Verfügung steht. Es hat sich gezeigt, dass unbeabsichtigte Schreckreaktionen nach einem solchen Zeitintervall in der Regel nicht mehr zu erwarten sind. Eine Schwergängigkeit der Lenkung bleibt vorzugsweise auf das angegebene Zeitintervall beschränkt, um unbeabsichtigte Lenkreaktionen zu vermeiden.
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Weiterhin kann das Ausmaß der temporären Stabilisierung während des Zeitintervalls gegen das Ende des Zeitintervalls hin vermindert werden. Hierdurch wird eine harmonische Rückkehr zur üblichen Haptik der Lenkung erzielt. Die Stabilisierung kann dabei kontinuierlich oder auch stufenweise zurückgenommen werden.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart kann zwischen dem tatsächlichen Zeitpunkt der Kollision oder dem prognostizierten Zeitpunkt der Kollision und einem Beginn der temporären Stabilisierung ein Zeitverzögerungsintervall vorgesehen sein, bevor die Lenkungshandhabe stabilisiert wird. Dadurch kann der Zeitraum, in dem die temporäre Stabilisierung der Lenkungshandhabe erfolgt, möglichst kurz gehalten werden. Hierbei macht man sich zunutze, dass die Reaktion eines Fahrers auf ein überraschendes Störereignis erst mit einer gewissen Verzögerung eintritt, so dass im Moment der Kollision vom Fahrer noch ein Lenkbefehl reproduziert werden kann, welcher dessen Wahrnehmung zu einem Zeitpunkt vor der Wahrnehmung des Störereignisses, zumeist Bruchteilen von Sekunden, entspricht. Das Zeitverzögerungsintervall wird vorzugsweise in einem Bereich von 0,2 bis 0,8 Sekunden gewählt.
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Zur Erfassung des Störereignisses umfasst die mindestens eine Sensoreinrichtung vorzugsweise eines oder mehrere der folgenden: einen Drucksensor, einen Vibrationssensor, eine Kamera, ein Radarsystem und/oder ein Lidarsystem-System.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Fahrassistenzsystems im Rahmen eines Kraftfahrzeugs,
- 2 verschiedene Verläufe für die temporäre Stabilisierung der Lenkungshandhabe, und in
- 3 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung der Logik des Fahrassistenzsystems.
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Das Ausführungsbeispiel zeigt in 1 ein Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftfahrzeug oder leichtes Nutzfahrzeug, in welches ein Fahrerassistenzsystem 1 der nachfolgend näher erläuterten Art implementiert ist.
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Das Fahrerassistenzsystem 1 dient dazu, unbeabsichtigte Lenkbefehle eines Fahrers, welche durch ein Erschrecken desselben aufgrund einer Kollision eines Gegenstands mit der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs verursacht werden können, zu vermeiden oder zumindest abzuschwächen.
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Das in 1 dargestellte Fahrerassistenzsystem 1 umfasst dementsprechend zunächst mindestens eine Sensoreinrichtung 2 zur Erfassung einer tatsächlichen oder bevorstehenden Kollision eines Gegenstands mit einer Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs.
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Die mindestens eine Sensoreinrichtung 2 kann hierzu beispielsweise einen Vibrationssensor umfassen, welcher derart angeordnet und konfiguriert ist, um den Aufschlag eines Fremdkörpers, beispielsweise eines Steins, zu detektieren und ein entsprechendes Signal zu generieren.
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Ferner ist es möglich zur Erfassung einer Kollision kamerabasierte Systeme, ein Radarsystem oder ein Lidarsystem wie in
DE 10 2020 005 472 A1 beschrieben zu verwenden. Mit solchen Systemen ist es nicht nur möglich, eine tatsächliche Kollision zu erfassen, sondern auch prognostisch eine unmittelbar bevorstehende Kollision und deren Zeitpunkt vorherzusagen.
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Zudem können die vorgenannten Sensoreinrichtungen miteinander kombiniert werden.
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Die betreffenden Sensorsignale werden an eine Steuereinrichtung 3 übermittelt, welche unter anderem dazu dient, eine Fahrzeuglenkung 4 anzusteuern. Die Steuereinrichtung 3 ist zum Empfang und zur Verarbeitung der Signale der mindestens einen Sensoreinrichtung 2 ausgebildet und eingerichtet.
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Die Fahrzeuglenkung 4 ist dazu ausgebildet und eingerichtet, einen fahrerseitig an einer Lenkungshandhabe 5, beispielsweise Lenkrad, derselben aufgebrachten Lenkbefehl radseitig in einen Lenkradwinkel umzusetzen.
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Der Lenkbefehl kann beispielsweise mittels lenkungshandhabnaher Sensoren 6 erfasst werden. Dazu können im Fall eines Lenkrads beispielsweise ein vom Fahrer an einem Lenkrad aufgebrachter Lenkwinkel und/oder ein aufgebrachtes Lenkmoment herangezogen werden. Zudem können optional mathematische Ableitungen nach der Zeit der vorgenannten Größen berücksichtigt werden.
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Die Umsetzung des Lenkbefehls in einen Lenkwinkel an den Fahrzeugrädern 7 kann in herkömmlicher Art und Weise mittels eines Lenkgetriebes 8 mit Lenkunterstützung 9 oder auch durch eine Steer-by-wire-Lenkeinrichtung erfolgen.
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Wird seitens der Steuereinrichtung 3 anhand der Signale der mindestens einen Sensoreinrichtung 2 eine tatsächliche Kollision der Windschutzscheibe mit einem Gegenstand erkannt oder wird anhand der Sensorsignale erkannt, dass eine solche Kollision unmittelbar bevorsteht, gegebenenfalls zusätzlich unter Ermittlung des Zeitpunkts der Kollision, so wird durch entsprechende Ansteuerung der Fahrzeuglenkung 4 die Position der Lenkungshandhabe 5 desselben temporär stabilisiert, um etwaige ungewollte ruckartige Lenkbewegungen des Fahrers zu vermeiden und dadurch das Unfallrisiko zu senken.
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Die Stabilisierung der Lenkungshandhabe 5 kann dabei vorzugsweise in Form der Aktivierung einer vorübergehenden Schwergängigkeit der Lenkungshandhabe 5 vorgenommen werden. In einer solchen Situation muss der Fahrer im Vergleich zum normalen Betrieb der Fahrzeuglenkung 4 erhöhte Kräfte aufbringen, um die Lenkungshandhabe 5 aus ihrer aktuellen Position heraus zu bewegen. Diese physische Erschwernis reduziert das Aufbringen ungewollter Lenkbefehle durch den Fahrer.
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Weiterhin kann zur temporären Stabilisierung der Lenkungshandhabe 5 eine Lenkunterstützung der Fahrzeuglenkung 4 vermindert werden.
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Alternativ oder ergänzend kann zur temporären Stabilisierung eine Lenkübersetzung der Fahrzeuglenkung 4 erhöht werden.
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Ferner ist es möglich, an der Fahrzeuglenkung 4 eine zusätzliche Dämpfungseinrichtung 10 vorzusehen, welche bei Aktivierung den Widerstand bei der Betätigung der Lenkungshandhabe 5 erhöht. Zur temporären Stabilisierung wird, veranlasst durch die Steuereinrichtung 3, diese zusätzliche Dämpfungseinrichtung 10 aktiviert, so dass auf mechanischem Weg ein Widerstand gegen die Bewegung der Lenkungshandhabe 5 generiert wird.
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Die temporäre Stabilisierung erfolgt bevorzugt kurzzeitig für ein vorgegebenes Zeitintervall, dessen Länge 0,5 bis 2 Sekunden betragen kann. Danach wird die Stabilisierung wieder zurückgenommen, so dass sich für den Fahrer das gewohnte normale Lenkgefühl der Fahrzeuglenkung 4 wieder einstellt.
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In einer Modifikation hiervon kann das Ausmaß der temporären Stabilisierung während des Zeitintervalls gegen das Ende des Zeitintervalls hin vermindert werden, um einen harmonischeren Übergang zur gewohnten Haptik der Fahrzeuglenkung herzustellen. Die Stabilisierung kann ab einem Zeitpunkt des Intervalls kontinuierlich oder stufenförmige zurückgenommen werden, wie dies in 2 beispielhaft gezeigt ist.
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Weiterhin kann zwischen dem tatsächlichen Zeitpunkt t0 der Kollision oder dem prognostizierten Zeitpunkt t0* der Kollision und einem Beginn t1 der temporären Stabilisierung ein Zeitverzögerungsintervall vorgesehen sein, bevor die Lenkungshandhabe 5 stabilisiert wird. Das Zeitverzögerungsintervall beträgt vorzugsweise 0,2 bis 0,8 Sekunden.
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2a zeigt beispielhaft einen möglichen Verlauf für die temporäre Stabilisierung. Es sei angenommen, dass zum Zeitpunkt t0 eine Kollision eines Gegenstands mit der Windschutzscheibe auftritt und durch die Sensoreinrichtung 2 erfasst wird. Nach Ablauf des Zeitverzögerungsintervalls wird zum Zeitpunkt t1 eine temporäre Stabilisierung der Lenkungshandhabe 5 vorgenommen, beispielsweise indem eine Betätigung derselben für den Fahrer erschwert wird. Das Ausmaß dieser temporären Stabilisierung kann für ein gesamtes Zeitintervall, in 2a bis zum Zeitpunkt t2, konstant aufrechterhalten werden. Zum Ende des Zeitintervalls wird die temporäre Stabilisierung vollständig zurückgenommen. Es ist jedoch auch möglich, zu einem Zeitpunkt zwischen t1 und t2, nämlich zum Zeitpunkt t3, das Ausmaß der Stabilisierung bis zum Ende des Zeitintervalls hin kontinuierlich zu vermindern, um einen weicheren Übergang in den Normalbetrieb zu erzielen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Fahrer tatsächlich eine unbeabsichtigte Lenkbewegung durchführen wollte. Ohne ein weiches Auslaufen der Stabilisierung würde der Fahrer zum Ende des Zeitintervalls dann nämlich eine Veränderung im Widerstand der Lenkungshandhabe spüren, was zu weiteren Irritationen führen könnte. Solche werden durch die Rücknahme des Ausmaßes der Stabilisierung gegen Ende des Zeitintervalls derselben vermieden.
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In Abwandlung von 2a kann die Rücknahme der Stabilisierung ab dem Zeitpunkt t3 auch stufenweise erfolgen, wie in 2b gezeigt, wobei die Abstufung so gewählt sein kann, dass diese für den Fahrer nicht oder kaum merklich ist. Eine gewisse Spürbarbarkeit, beispielsweise auch in der Art einer Vibration, kann an dieser Stelle jedoch durchaus hilfreich sein, um den Fahrer auf die gesonderte Situation aufmerksam zu machen.
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In den 2a und 2b beginnt die Rücknahme der temporären Stabilisierung nach einer Plateauphase zu einem Zeitpunkt nach t1. 2c zeigt anhand eines weiteren Beispiels die Möglichkeit, mit der Rücknahme der temporären Stabilisierung bereits zum Zeitpunkt t1 zu beginnen.
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Der Ablauf der Logik des vorstehend erläuterten Fahrassistenzsystems 1 erschließt sich aus dem Blockdiagramm gemäß 3.
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Mit der Initialisierung des Systems in Schritt S1 erfolgt eine vorzugsweise fortwährende Überwachung der Sensorsignale der Sensoreinrichtung 2 durch die Steuereinrichtung 3 im Hinblick auf das Auftreten oder das unmittelbar bevorstehende Auftreten der Kollision eines Gegenstands mit der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs (Schritt S2).
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Im positiven Fall von Schritt S2 wird durch die Steuereinrichtung 3 in einem weiteren Schritt S3 die Fahrzeuglenkung 4 zu einer temporären Stabilisierung der Lenkungshandhabe 5 in oben beschriebene Art und Weise veranlasst. Nach Ablauf eines entsprechenden Zeitintervalls kehrt die Routine wieder zur Überwachung der Sensorsignale zurück. Gleiches gilt im negativen Fall von Schritt S2.
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Das vorstehend erläuterte Fahrassistenzsystem lässt sich, sofern auf am Fahrzeug bereits für andere Zwecke vorhandene Sensorik zurückgegriffen werden kann, im einfachsten Fall praktisch ohne zusätzliche Bauteile softwaretechnisch und damit kostengünstig verwirklichen, um einen zusätzlichen Sicherheitsgewinn zu erzielen.
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Prinzipiell lässt sich ein Schreckgeräusch durch den Aufprall eines Steins oder dergleichen durch das Aufbringen von Folien auf die Windschutzscheibe von Fahrzeugen reduzieren. Jedoch ist die Aufbringung solcher Folien aufwändiger als beispielsweise eine Anbringung oder Einbettung von Druck- und/oder Vibrationssensoren an einer Windschutzscheibe.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen und weiteren Abwandlungen näher erläutert. Insbesondere können technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiterer Einzelmerkmale erläutert wurden, unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, auch wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen beschränkt, sondern umfasst insbesondere alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrerassistenzsystem
- 2
- Sensoreinrichtung
- 3
- Steuereinrichtung
- 4
- Fahrzeuglenkung
- 5
- Lenkungshandhabe
- 6
- Sensor
- 7
- Fahrzeugrad
- 8
- Lenkgetriebe
- 9
- Lenkunterstützung
- 10
- Dämpfungseinrichtung
- t0
- Kollisionszeitpunkt
- t0*
- Kollisionszeitpunkt, prognostiziert
- t1
- Beginn der temporären Stabilisierung
- t2
- Ende der temporären Stabilisierung
- t3
- Beginn der Verminderung der temporären Stabilisierung
- S1
- Schritt 1
- S2
- Schritt 2
- S3
- Schritt 3