DE102013113628B4

DE102013113628B4 - Verfahren zum Feststellen, ob ein Fahrzeugfahrer sich gerade am Lenkrad festhält

Info

Publication number: DE102013113628B4
Application number: DE102013113628.1A
Authority: DE
Inventors: Jin-woo Lee; Bakhtiar Litkouhi; Hsun-Hsuan Huang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2017-12-21
Anticipated expiration: 2033-12-07
Also published as: US20140257628A1; DE102013113628A1; CN104029683A; US8880287B2; CN104029683B

Abstract

Verfahren zum Feststellen, ob ein Fahrzeugfahrer sich gerade an einem Fahrzeuglenkrad (12) festhält, wobei das Verfahren das Bereitstellen (44) von Lenkwinkeldaten von einem Lenkwinkelsensor (26) umfasst; wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: Bereitstellen (44) von Lenkdrehmomentdaten von einem Lenkdrehmomentsensor (28); Anwenden (54) eines Bandpassfilters mit einer ersten festgelegten Frequenz auf die Lenkwinkeldaten und die Lenkdrehmomentdaten; Festlegen (56) einer Frequenzgrenze gleich der ersten festgelegten Frequenz; Auswählen (64) der Lenkwinkeldaten und der Lenkdrehmomentdaten für ein Zeitfenster mit einer vordefinierten Dauer; Identifizieren (66) einer Resonanzfrequenz in den Lenkwinkeldaten oder den Lenkdrehmomentdaten für das Zeitfenster unter Verwendung eines Mikroprozessors (34); und Feststellen (72, 68, 70), dass sich der Fahrzeugfahrer nicht am Fahrzeuglenkrad (12) festhält, nur dann, wenn die identifizierte Resonanzfrequenz für eine vordefinierte Zeitdauer größer bleibt als die Frequenzgrenze.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum Feststellen, ob ein Fahrzeugfahrer sich gerade an einem Fahrzeuglenkrad festhält gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie beispielweise aus der DE 10 2009 012 601 A1 bekannt.
Auch die DE 10 2005 056 438 A1 beschreibt ein Verfahren mit dem festgestellt werden kann, ob der Fahrer die Hände am Lenkrad hat oder nicht, wozu aus Beschleunigungswerten in den drei Raumrichtungen, die hinsichtlich des Lenkwinkels korrigiert wurden, eine Übertragungsfunktion des Systems Lenkrad gebildet wird, die dann mit einer Referenzübertragungsfunktion verglichen wird. Insbesondere wird aus der Übertragungsfunktion die Resonanzfrequenz ermittelt und mit der Referenzresonanzfrequenz aus der Resonanzübertragungsfunktion verglichen, um eine Aussage darüber zu treffen, ob der Fahrer die Hände am Lenkrad hat oder nicht.
Demgegenüber beschreibt die DE 10 2011 002 997 A1 ein Verfahren, bei dem die Entscheidung, ob der Fahrer die Hände am Lenkrad hat oder nicht, nicht auf Frequenz- und Resonanzüberlegungen sondern darauf beruht, wie stark ein tatsächliches Lenkmoment von einem modellierten Lenkmoment abweicht.
Letztendlich beschreibt die DE 10 2011 002 401 A1 ein Verfahren, bei dem die Lenkaktivität als Maßstab für die Beurteilung herangezogen wird, ob der Fahrer die Hände am Lenkrad hat.
Die Kraftfahrzeugindustrie hat ständige Anstrengungen unternommen, um den Komfort und die Sicherheit der Insassen eines Fahrzeugs, insbesondere des Fahrers, zu verbessern. Diese Bemühungen haben zu verschiedenen Technologien geführt, wie z. B. fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen (ADAS) und elektronischen Stabilitätssteuersystemen (ESC-Systemen). Einige der Typen von ADAS sind adaptive Tempomatsysteme, Spurhalteassistentensysteme und Spurzentriersteuerlenksysteme. ESC-Systeme verwenden andererseits computergestützte Technologien, die die Fahrzeughandhabung durch Detektieren und Verhindern von instabilen Bedingungen verbessern.
Ein weiterer Typ von ADAS ist ein aktives Frontlenksystem (AFS-System), das eine Lenkkomponente zur Winkelbewegung des Lenkrades addiert oder davon subtrahiert, um die Fahrerkraft zu verringern, die erforderlich ist, um das Lenkrad zu drehen, und/oder für eine verbesserte Fahrzeugsicherheit und -stabilität die Fahrerlenkung zu verstärken. Der resultierende Lenkwinkel umfasst folglich die Lenkeingabe durch den Fahrer und die vom Lenksystem beigesteuerte Komponente.
Der Betrieb von modernen Fahrzeugen wird zunehmend autonomer, d. h. Fahrzeuge können eine Fahrsteuerung mit weniger Fahrereingriff bereitstellen. Tempomatsysteme befanden sich für eine Anzahl von Jahren an Fahrzeugen, wobei der Fahrzeugfahrer eine spezielle Geschwindigkeit des Fahrzeugs einstellen kann und das Fahrzeug diese Geschwindigkeit beibehält, ohne dass der Fahrer das Fahrpedal betätigt. Adaptive Tempomatsysteme wurden in letzter Zeit entwickelt, bei denen das System nicht nur die eingestellte Geschwindigkeit beibehält, sondern es auch automatisch das Fahrzeug im Fall, dass ein sich langsamer bewegendes voranfahrendes Fahrzeug unter Verwendung von verschiedenen Sensoren, wie z. B. Radar und Kameras, detektiert wird, verlangsamt. Bestimmte moderne Fahrzeuge stellen auch halbautonomes Einparken bereit, wobei das Fahrzeug automatisch die Lenksteuerung zum Einparken des Fahrzeugs schafft. Einige Fahrzeugsysteme greifen ein, wenn der Fahrer scharfe Lenkänderungen durchführt, die sich auf die Fahrzeugstabilität auswirken können, während andere dazu ausgelegt sind, das Fahrzeug innerhalb einer Fahrspur oder nahe dem Zentrum einer Fahrspur auf der Straße zu halten. Ferner wurden vollständig autonome Fahrzeuge demonstriert, die in simuliertem Stadtverkehr bis zu 50 km/h (30 mp/h) fahren können, wobei sie alle Verkehrsregeln befolgen.
Die vorstehend beschriebenen Systeme unterstützen den Fahrer durch Verringern der Fahrerlast. Es ist jedoch typischerweise nicht erwünscht, die Umsicht und Aufmerksamkeit des Fahrers zu verringern, selbst wenn solche Systeme einiges oder den Großteil der Steuerung des Fahrzeugs bereitstellen. Im Allgemeinen ist es erforderlich, dass der Fahrer seine Hände am Lenkrad hält und bereit ist, die Lenksteuerung zu übernehmen, sobald es die Situation verlangt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schnelle und zuverlässige Bestimmung dessen, ob sich die Hände des Fahrers gerade am Lenkrad befinden anzugeben und zwar ungeachtet davon, ob ein manueller Lenkmodus oder ein systemgestützter Lenkmodus aktiv ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Feststellen, ob ein Fahrzeugfahrer gerade ein Lenkrad des Fahrzeugs festhält, offenbart, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Das Fahrzeug umfasst ein elektrisches Servolenksystem (EPS-System) und kann ein aktives Frontlenksystem (AFS-System) umfassen. Das Fahrzeug kann ferner autonome oder halbautonome Fahreinrichtungen oder Sicherheitseinrichtungen umfassen, wie z. B. Spurzentriersteuerung (LCC) oder Spurhalteassistent (LKA). Das System überwacht Lenkdrehmoment- und Lenkwinkelsignale, bestimmt eine Resonanzfrequenz der Schwingung des Lenksystems aus den gemessenen Daten und vergleicht die Resonanzfrequenz mit einer bekannten Eigenfrequenz des Lenksystems. Wenn die Resonanzfrequenz niedriger ist als die bekannte Eigenfrequenz, dann weiß das System, dass der Fahrzeugfahrer gerade das Lenkrad festhält. Ein gemessenes Lenkdrehmoment, das größer ist als ein Schwellenwert, wird auch als unmittelbare Angabe dessen, dass der Fahrer gerade das Lenkrad festhält, herangezogen.
Zusätzliche Besonderheiten der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht eines Fahrzeuglenksystems mit Sensoren und einem Controller, die zum Feststellen, ob ein Fahrer ein Fahrzeuglenkrad hält, verwendet werden; und
2 ist ein Ablaufplandiagramm eines Verfahrens zum Feststellen, ob der Fahrer das Fahrzeuglenkrad hält, durch Vergleichen einer gemessenen Resonanzfrequenz mit einer bekannten Eigenfrequenz.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Erörterung der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein System und ein Verfahren zum Feststellen, ob ein Fahrzeugfahrer ein Lenkrad des Fahrzeugs hält, gerichtet ist, ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft. Die nachstehend beschriebene Erfindung hat beispielsweise spezielle Anwendung zum Feststellen, ob ein Fahrzeugfahrer ein Lenkrad des Fahrzeugs hält, wenn das Fahrzeug eine Spurzentriersteuer-(LCC) oder Spurhalteassistenten-(LKA)Einrichtung umfasst. Die Erfindung ist jedoch auch auf rein manuelle Fahrsituationen anwendbar und kann auch Nicht-Kraftfahrzeug-Anwendungen aufweisen.
1 ist eine Draufsicht eines Fahrzeuglenksystems 10 mit einem Lenkrad 12 zum Lenken der Vorderräder 14 eines Fahrzeugs. Das Lenkrad 12 ist mit den Rädern 14 durch eine Hauptwelle 16 und eine Zwischenwelle 18, ein Ritzel 20, eine Lenkzahnstange 22 und Spurstangen 24 gekoppelt. Wie für den Fachmann auf dem Gebiet verständlich wäre, bewirkt die Drehung des Lenkrades 12 eine entsprechende Drehung der Hauptwelle 16, der Zwischenwelle 18 und des Ritzels 20. Die Drehung des Ritzels 20 bewirkt eine Translationsbewegung der Zahnstange 22, die wiederum die inneren Enden der Spurstangen 24 seitlich antreibt, was eine Links- oder Rechtslenkbewegung der Vorderräder 14 bewirkt. Andere Komponenten wie z. B. ein Universalgelenk, das die Hauptwelle 16 mit der Zwischenwelle 18 koppelt – die für das Verständnis der Erfindung nicht wesentlich sind – sind der Deutlichkeit halber weggelassen.
Ein Lenkwinkelsensor 26, der an der Hauptwelle 16 angebracht ist, misst die Drehung des Lenkrades 12 und der Hauptwelle 16 und liefert ein Lenkwinkelsignal, das denselben angibt. Ein Lenkdrehmomentsensor 28 misst das Drehmoment an der Zwischenwelle 18 nahe dem Ritzel 20 und liefert ein Drehmomentsignal, das dasselbe angibt. Die Positionen des Lenkwinkelsensors 26 und des Lenkdrehmomentsensors 28 müssen nicht exakt wie in 1 gezeigt sein; die Sensoren könnten anderswo angeordnet sein, solange sie die erforderlichen Lenkwinkel- und Lenkdrehmomentsignale liefern.
Das Lenksystem 10 umfasst ein elektrisches Servolenksystem (EPS-System) 30, das mit der Lenkzahnstange 22 gekoppelt ist und das eine elektrische Lenkunterstützung in Ansprechen darauf, dass der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 12 dreht, in einer Weise schafft, die auf dem Fachgebiet gut verstanden ist. Mit anderen Worten, wenn der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 12 dreht, schafft das EPS-System 30 eine Unterstützungskraft an der Zahnstange 22, so dass die Lenkung der Vorderräder 14 auf der Fahrbahn leichter ist. Das Fahrzeugsystem 10 kann auch ein aktives Frontlenksystem (AFS-System) 32, das an der Zwischenwelle 18 angebracht ist, umfassen. AFS-Systeme sind dem Fachmann auf dem Gebiet gut bekannt, um zusätzliche Lenkung oder eine Korrekturlenkung in verschiedenen Typen von Fahrzeugstabilitätssteuersituationen bereitzustellen, wobei das AFS-System 32 das Lenkrad 12 von den Vorderrädern 14 abkoppelt.
Das Lenksystem 10 umfasst auch einen Controller 34 in Kommunikation mit dem Lenkwinkelsensor 26, dem Lenkdrehmomentsensor 28, dem EPS-System 30 und (wahlweise) dem AFS-System 32. Der Controller 34 ist mit einem Algorithmus konfiguriert, der unter Verwendung einer Eingabe von den Sensoren 26 und 28 und anderen bekannten Parametern des Lenksystems 10 gemäß der folgenden Erörterung feststellt, ob der Fahrer das Lenkrad 12 hält.
Wie nachstehend im Einzelnen erörtert wird, schafft die vorliegende Erfindung eine Technik zum Feststellen, ob der Fahrzeugfahrer am Lenkrad 12 festhält. Die Technik kann angewendet werden, ob ein autonomes oder halbautonomes Fahrsystem – wie z. B. Spurzentriersteuerung oder Spurhalteassistent – aktiv ist oder nicht. Ein Spurzentriersteuersystem (LCC-System) versucht, das Fahrzeug in der Mitte der Fahrspur zu halten, indem kontinuierliche Lenkeinstellungen auf der Basis der Position des Fahrzeugs in der Fahrspur, wie durch Sensoren bestimmt, durchgeführt werden. Ein Spurhalteassistentensystem (LKA-System) versucht, das Fahrzeug innerhalb der Fahrspur zu halten, indem eine Lenkkorrektur nur dann durchgeführt wird, wenn das Fahrzeug gleich die Spur verlässt.
LCC- und LKA-Systeme umfassen Algorithmen, die wissen müssen, ob der Fahrer am Lenkrad 12 festhält, sowohl als Sicherheitsvorsichtsmaßnahme als auch in Erwartung einer Lenkaufhebung durch den Fahrer. Es ist aus offensichtlichen Gründen auch erwünscht zu wissen, ob die Hände des Fahrers sich am Lenkrad 12 befinden oder nicht, wenn das Fahrzeug nicht selbst über LCC oder LKA lenkt oder wenn die LCC/LKA-Lenksteuerung aufgehoben werden soll. Aus dieser Motivation wird eine Technik zum Sicherstellen, dass der Fahrzeugfahrer am Lenkrad 12 festhält, geschaffen. Das spezielle Fahrzeug umfasst das EPS-System 30, kann jedoch das AFS-System 23 umfassen oder nicht, wobei die nachstehend beschriebene Technik zum Feststellen, ob der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 12 hält, für beide Fahrzeuge gleich arbeitet.
Im Allgemeinen umfasst die Technik zum Feststellen, ob der Fahrer am Lenkrad 12 festhält, das Messen einer Resonanzfrequenz einer Schwingung im Lenksystem 10 und das Vergleichen der Resonanzfrequenz mit einer bekannten Eigenfrequenz der Schwingung des Lenksystems 10 selbst. Die Eigenfrequenz ist auf der Basis von physikalischen Parametern des Systems 10, wie z. B. Masse, Trägheit, Steifigkeit und Dämpfung, bekannt. Wenn die beobachtete Resonanzfrequenz nahe der bekannten Eigenfrequenz liegt, kann geschlussfolgert werden, dass sich die Hände des Fahrers nicht am Lenkrad 12 befinden. Wenn jedoch die beobachtete Resonanzfrequenz viel niedriger ist als die bekannte Eigenfrequenz, dann kann geschlussfolgert werden, dass sich die Hand (Hände) des Fahrers am Lenkrad 12 befindet (befinden), was eine Erhöhung des effektiven Trägheitsmoments des Lenkrades 12 und eine zugehörige Verringerung der Resonanzfrequenz verursacht. Die beobachtete Resonanzfrequenz kann entweder aus den Lenkdrehmomentdaten, den Lenkwinkeldaten oder beiden erhalten werden.
Das Lenksystem 10 wird unter Verwendung eines Modells 2. Ordnung angenähert, wie folgt: (I_str + I_drv)δ. . + c_strδ . + k_strδ = τ_drv + τ_EPS + τ_self-align + τ_eng-vib (1)
Wobei δ der Lenkwinkel (am Lenkwinkelsensor 26 gemessen) ist, I_str das Trägheitsmoment des Lenksystems 10 ist (bekannt), c_str der Dämpfungskoeffizient des Lenksystems 10 ist (bekannt), k_str die Drehsteifigkeit des Lenksystems 10 ist (bekannt), τ_drv das vom Fahrer angewendete Drehmoment am Lenkrad 12 ist (am Lenkdrehmomentsensor 28 gemessen), τ_EPS das Lenkdrehmoment vom EPS 30 ist (ein bekannter Befehl), τ_self-align das Selbstausrichtungsdrehmoment im Lenksystem 10 ist (abgeschätzt) und τ_eng-vib eine Kraftmaschinenvibrationsstörung ist, die auf das System 10 aufgebracht wird (die sich auf alles im Kraftmaschinenraum auswirkt und einen breiten Bereich von Frequenzen umfasst). I_drv ist das Trägheitsmoment, das von den Händen des Fahrers am Lenkrad 12 hinzugefügt wird, das unbekannt ist. Es wurde beobachtet, dass I_drv von einem relativ großen Wert, wenn beide Hände des Fahrers das Lenkrad 12 fest greifen, zu einem kleineren Wert, wenn nur eine Hand das Lenkrad 12 leicht greift, bis zu einem virtuell undetektierbaren Wert, wenn nur ein Finger des Fahrers das Lenkrad 12 leicht berührt, variieren kann.
Im Gegensatz zur Kraftmaschinenvibrationsstörung ist I_drv die einzige Unbekannte in Gleichung (1). Andere Systeme zum Detektieren der Hände am Lenkrad versuchen, I_drv direkt abzuschätzen, aber diese Vorgehensweise ist gegen Rauschen im Lenkwinkel empfindlich und ignoriert die Kraftmaschinenvibrationsstörung. Anstatt zu versuchen, I_drv direkt abzuschätzen, misst die hier dargestellte Technik den Frequenzgang des Lenksystems 10 und verwendet diese Information, um festzustellen, ob eine signifikante Menge an zusätzlicher Trägheit (I_drv) zum System 10 hinzugefügt wurde.
Aus Grundprinzipien von dynamischen mechanischen Systemen zweiter Ordnung ist die ungedämpfte Eigenfrequenz des Systems 10, das in Gleichung (1) beschrieben ist:
wobei ω_n die ungedämpfte Eigenfrequenz des Lenksystems 10 ist und die anderen Variablen vorstehend definiert wurden.
Ebenso kann die gedämpfte Eigenfrequenz oder Resonanzfrequenz des Systems 10 definiert werden als: ω_r = ω_n·√1 – 2·ζ² (3) wobei ω_r die Resonanzfrequenz des Lenksystems ist, ω_n in Gleichung (2) definiert wurde und oder Dämpfungsfaktor des Systems 10 ist, der wiederum definiert ist als:
Wie vorstehend erwähnt, sind die innewohnenden Trägheits-, Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften des Lenksystems 10 durch den Fahrzeughersteller bekannt. In einem üblichen Personenkraftwagen oder leichten Geländewagen (SUV) ist die Lenksystemsteifigkeit k_str beispielsweise ungefähr 2,0 Nm/Grad, wobei das Meiste der Nachgiebigkeit durch die Zwischenwelle 18 beigesteuert wird. In denselben Fahrzeugen ist die Lenksystemträgheit I_str ungefähr 0,05 kgm², wobei das Meiste der Trägheit durch das Lenkrad 12 beigesteuert wird. Die Lenksystemdämpfung ist auf einen Wert von c_str abgezielt, der eine kritische Dämpfung schafft – das heißt wobei ζ = 0,5.
Unter Verwendung der Steifigkeits-, Trägheits- und Dämpfungswerte, die vorstehend aufgelistet sind, wird die Resonanzfrequenz des Lenksystems 10 ohne durch die Hände des Fahrers hinzugefügte Trägheit (das heißt I_drv = 0) zu ungefähr 14 Hz berechnet. Andere Typen von Fahrzeugen können eine höhere oder niedrigere Lenksystem-Resonanzfrequenz aufweisen. Mit Kenntnis dieser grundlegenden Eigenschaft des Lenksystems 10 kann ein Algorithmus entworfen werden, um die tatsächliche Resonanzfrequenz der Schwingung des Lenksystems 10 zu detektieren und die tatsächliche Resonanzfrequenz mit der Resonanzfrequenz bei entfernten Händen zu vergleichen: Wenn die tatsächliche Resonanzfrequenz signifikant niedriger ist als die Resonanzfrequenz bei entfernten Händen – beispielsweise ungefähr 3 Hz – ist dies ein Hinweis darauf, dass Trägheit zum Lenkrad 12 durch die Hände des Fahrers hinzugefügt wurde, was bedeutet, dass eine oder beide Hände sich am Lenkrad 12 befinden.
Sowohl die Resonanzfrequenz bei entfernten Händen als auch die Resonanzfrequenz bei angelegten Händen für einen speziellen Fahrzeugtyp können an einem Testfahrzeug experimentell gemessen werden und die jeweiligen Frequenzen können dann im nachstehend erörterten Verfahren verwendet werden. Alternativ können die Resonanzfrequenz bei entfernten Händen und die Resonanzfrequenz bei angelegten Händen für einen speziellen Fahrzeugtyp unter Verwendung von Gleichungen (2)–(4) und der bekannten Steifigkeit, Masse und Dämpfungseigenschaften des Lenksystems 10 abgeschätzt werden.
Die vorstehend beschriebene Technik schafft mehrere Vorteile gegenüber existierenden Systemen zum Detektieren der Hände eines Fahrers am Lenkrad. Diese Vorteile umfassen die Fähigkeit, die Hände eines Fahrers am Lenkrad/vom Lenkrad entfernt sowohl während des manuellen Fahrens als auch während des Fahrens mit aktivem LCC/LKA zu detektieren, die Fähigkeit, eine Lenkaufhebungsabsicht des Fahrers zu detektieren, während LCC/LKA aktiv sind, die Fähigkeit, eine Situation mit angelegten Händen unmittelbar zu detektieren, eine schnellere Detektion von entfernten Händen als im Stand der Technik und den Bedarf an keiner zusätzlichen Hardware am Fahrzeug.
2 ist ein Ablaufplandiagramm 40 eines Verfahrens zum Detektieren, ob der Fahrzeugfahrer am Lenkrad 12 festhält, in der vorstehend erörterten Weise. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren des Ablaufplandiagramms 40 in einem Algorithmus programmiert, der auf dem Controller 34 läuft. Der Controller 34 ist eine Vorrichtung mit mindestens einem Mikroprozessor und einem Speichermodel, wobei der Mikroprozessor dazu konfiguriert ist, den Algorithmus zur Detektion von angelegten/entfernten Händen abzuarbeiten, und der Speicher verwendet wird, um Sensormesswerte und andere Daten zu speichern, wie für einen Fachmann auf dem Gebiet verständlich wäre.
Das Verfahren beginnt im Startoval 42. Im Kasten 44 werden Lenkwinkel- und Lenkdrehmomentdaten vom Lenkwinkelsensor 26 bzw. vom Lenkdrehmomentsensor 28 geliefert. In der Entscheidungsraute 46 wird festgestellt, ob das Lenkdrehmoment geringer ist als ein vordefinierter Drehmomentschwellenwert, wobei ein Drehmomentwert über dem Drehmomentschwellenwert auf eine klare Fahrerlenkkraft hinweist. Wenn das Lenkdrehmoment nicht geringer ist als der Drehmomentschwellenwert, dann wird im Kasten 48 ein Lenkaufhebungszustand gleich Ja gesetzt und im Kasten 50 wird der Zustand mit angelegten/entfernten Händen auf angelegte Hände gesetzt. Der Lenkaufhebungszustand vom Kasten 48 wird von LCC/LKA-Systemen verwendet, die ihr Verhalten modifizieren, wenn der Fahrer das Fahrzeug selbst klar lenkt und/oder versucht, das LCC/LKA-System außer Kraft zu setzen.
Wenn das Lenkdrehmoment in der Entscheidungsraute 46 geringer ist als der Drehmomentschwellenwert, dann wird in der Entscheidungsraute 52 festgestellt, ob ein LCC- oder LKA-System eingeschaltet ist. Wenn ein LCC- oder LKA-System eingeschaltet ist, dann wird im Kasten 54 ein Bandpassfilter mit einem ersten Frequenzwert auf die Lenkwinkeldaten und die Lenkdrehmomentdaten angewendet und im Kasten 56 wird eine Frequenzgrenze gleich dem ersten Frequenzwert gesetzt. Wenn ein LCC- oder LKA-System nicht eingeschaltet ist oder nicht verfügbar ist, dann wird im Kasten 58 ein Bandpassfilter mit einem zweiten Frequenzwert auf die Lenkwinkeldaten und die Lenkdrehmomentdaten angewendet und im Kasten 60 wird die Frequenzgrenze gleich dem zweiten Frequenzwert gesetzt. Der Zweck der Verzweigung zu entweder den Kästen 54/56 oder Kästen 58/60 besteht darin, die Leistung des Algorithmus auf der Basis der erwarteten Daten zu optimieren. Insbesondere wenn ein LCC-System eingeschaltet ist, ist es wahrscheinlicher, dass die Hände des Fahrers vom Lenkrad 12 entfernt sind, und die beobachtete Resonanzfrequenz jene des Lenksystems 10 selbst ist. In diesem Fall können das Bandpassfilter und die Frequenzgrenze auf einen ersten Frequenzwert von ungefähr 14 Hz gesetzt werden. Dieser Wert ist nicht für alle Fahrzeuge exakt 14 Hz und kann im Bereich von zumindest 13–15 Hz liegen. Wenn andererseits ein LCC- oder LKA-System nicht eingeschaltet ist, ist es viel wahrscheinlicher, dass sich die Hände des Fahrers am Lenkrad 12 befinden und die beobachtete Resonanzfrequenz durch die Hände des Fahrers beeinflusst wird. In diesem Fall können das Bandpassfilter und die Frequenzgrenze auf einen zweiten Frequenzwert von ungefähr 3 Hz (+/–1) gesetzt werden, was die erwartete Reaktion in einer Situation mit angelegten Händen ist.
Im Kasten 62 wird ein Zeitfenster für Lenkwinkeldaten und Lenkdrehmomentdaten definiert. Das Zeitfenster könnte beispielsweise etwa 2,5 Sekunden sein. Längere oder kürzere Zeitfenster könnten auch verwendet werden. Die Absicht des Zeitfensters besteht darin, einen Datenabtastwert zu analysieren, der lang genug ist, um eine gute Resonanzfrequenzanalyse zu schaffen, aber nicht so lang, dass er durch frühere Fahrerhandlungen beeinflusst wird, die nicht mehr gelten. Im Kasten 64 werden Sensordaten vom Lenkwinkelsensor 26 und vom Lenkdrehmomentsensor 28 für das Zeitfenster ausgewählt. Im Kasten 66 wird eine vorherrschende Resonanzfrequenz durch Analysieren entweder der Lenkwinkeldaten oder der Lenkdrehmomentdaten oder beider innerhalb des Zeitfensters identifiziert. Die vom Lenksystem 10 erfahrene Resonanzfrequenz erscheint sowohl in den Lenkwinkeldaten als auch den Lenkdrehmomentdaten und folglich können eine oder beide analysiert werden.
Irgendein anwendbares Verfahren zum Identifizierten einer Resonanzfrequenz in Zeitverlaufsdaten kann im Kasten 66 verwendet werden. Beispielsweise kann eine schnelle Fourier-Transformation (FFT), wie z. B. eine 256-Punkt-FFT, verwendet werden. Alternativ kann die Anzahl von Spitzen in den Daten im Zeitfenster gezählt werden und die Anzahl von Spitzen kann verwendet werden, um die Resonanzfrequenz zu bestimmen. Andere Verfahren können auch verwendet werden. Ungeachtet dessen, welches Frequenzidentifikationsverfahren verwendet wird, wird die tatsächliche Resonanzfrequenz im Kasten 66 identifiziert.
In der Entscheidungsraute 68 wird festgestellt, ob die tatsächliche Resonanzfrequenz vom Kasten 66 größer ist als die Frequenzgrenze, die im Kasten 56 oder 60 festgelegt wurde. Wenn die tatsächliche Resonanzfrequenz größer ist als die Frequenzgrenze, dann ist eine Situation mit entfernten Händen möglich und in der Entscheidungsraute 70 wird festgestellt, ob die tatsächliche Resonanzfrequenz für eine Zeitdauer, die größer als oder gleich einem vordefinierten Zeitschwellenwert ist, größer war als die Frequenzgrenze. Der Zeitschwellenwert, wie z. B. 5 Sekunden, wird definiert, um sicherzustellen, dass genügend Daten analysiert werden, um ein hohes Vertrauen bei der Bestimmung von entfernten Händen zu schaffen. Wenn die tatsächliche Resonanzfrequenz für eine Zeitdauer, die größer als oder gleich dem vordefinierten Zeitschwellenwert ist, größer war als die Frequenzgrenze, dann wird im Kasten 72 der Zustand mit angelegten/entfernten Händen auf entfernte Hände gesetzt.
Wenn die tatsächliche Resonanzfrequenz in der Entscheidungsraute 68 nicht größer ist als die Frequenzgrenze oder wenn die tatsächliche Resonanzfrequenz in der Entscheidungsraute 70 nur für eine Zeitdauer größer war als die Frequenzgrenze, die geringer ist als der vordefinierte Zeitschwellenwert, dann wird im Kasten 50 der Zustand mit angelegten/entfernten Händen auf angelegte Hände gesetzt. Nachdem der Zustand mit angelegten/entfernten Händen auf entweder angelegte Hände im Kasten 50 oder entfernte Hände im Kasten 72 gesetzt ist, endet der Prozess am Endpunkt 74. Der Prozess läuft natürlich tatsächlich kontinuierlich während des Fahrzeugbetriebs.
Die Kenntnis des Zustandes mit an das Rad angelegten Händen oder vom Rad entfernten Händen ist bei der Implementierung von Spurzentrier- oder Spurhaltesystemen wichtig und ist beim nicht unterstützten, manuellen Fahren gleich wichtig. Das vorstehend erörterte System und Verfahren schaffen eine zuverlässige Detektion des Zustandes des Fahrers mit angelegten Händen oder entfernten Händen in einem Fahrzeug, einschließlich der unmittelbaren Detektion von angelegten Händen und der Lenkaufhebungsabsicht des Fahrers, und einer schnellen Detektion einer Situation mit entfernten Händen. Das Verfahren und System sind sowohl in LCC/LKA-gestützten als auch manuellen Fahrsituationen wirksam.

Claims

Verfahren zum Feststellen, ob ein Fahrzeugfahrer sich gerade an einem Fahrzeuglenkrad (12) festhält, wobei das Verfahren das Bereitstellen (44) von Lenkwinkeldaten von einem Lenkwinkelsensor (26) umfasst; wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: Bereitstellen (44) von Lenkdrehmomentdaten von einem Lenkdrehmomentsensor (28); Anwenden (54) eines Bandpassfilters mit einer ersten festgelegten Frequenz auf die Lenkwinkeldaten und die Lenkdrehmomentdaten; Festlegen (56) einer Frequenzgrenze gleich der ersten festgelegten Frequenz; Auswählen (64) der Lenkwinkeldaten und der Lenkdrehmomentdaten für ein Zeitfenster mit einer vordefinierten Dauer; Identifizieren (66) einer Resonanzfrequenz in den Lenkwinkeldaten oder den Lenkdrehmomentdaten für das Zeitfenster unter Verwendung eines Mikroprozessors (34); und Feststellen (72, 68, 70), dass sich der Fahrzeugfahrer nicht am Fahrzeuglenkrad (12) festhält, nur dann, wenn die identifizierte Resonanzfrequenz für eine vordefinierte Zeitdauer größer bleibt als die Frequenzgrenze.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Vergleichen (46) eines Lenkdrehmomentwerts mit einem Lenkdrehmoment-Schwellenwert, und wenn der Lenkdrehmomentwert größer als oder gleich dem Lenkdrehmoment-Schwellenwert ist, Festlegen (48) eines Lenkaufhebungswerts gleich Ja und Feststellen (50), dass sich der Fahrzeugfahrer gerade am Fahrzeuglenkrad (12) festhält, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste festgelegte Frequenz gleich einer bekannten Lenksystem-Resonanzfrequenz ist, wobei der Fahrer nicht am Fahrzeuglenkrad (12) festhält.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste festgelegte Frequenz aus Messungen bestimmt wird, die an einem Testfahrzeug durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner gekennzeichnet ist durch Feststellen (52), ob ein Spurhalte- oder Spurzentriersystem im Fahrzeug aktiv ist und Anwenden (58) des Bandpassfilters mit einer zweiten festgelegten Frequenz auf die Lenkwinkeldaten und und die Lenkdrehmomentdaten und Setzen (60) der Frequenzgrenze gleich der zweiten festgelegten Frequenz, wenn das Spurhalte- oder Spurzentriersystem nicht aktiv ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite festgelegte Frequenz gleich einer erwarteten Lenksystem-Resonanzfrequenz ist, wobei sich der Fahrer gerade am Fahrzeuglenkrad (12) festhält.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite festgelegte Frequenz aus Messungen, die an einem Testfahrzeug mit einem Testfahrer durchgeführt werden, bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifizieren (66) einer Resonanzfrequenz in den Lenkwinkeldaten oder den Lenkdrehmomentdaten für das Zeitfenster die Verwendung einer Technik einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifizieren (66) einer Resonanzfrequenz in den Lenkwinkeldaten oder den Lenkdrehmomentdaten für das Zeitfenster das Zählen einer Anzahl von Spitzen in den Lenkwinkeldaten oder den Lenkdrehmomentdaten und die Verwendung der Anzahl von Spitzen, um die Resonanzfrequenz zu bestimmen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierte Zeitdauer weniger als 10 Sekunden ist.