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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lenkrades gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Die Fahrtrichtung eines Kraftwagens wird typischerweise durch das Drehen eines Lenkrades durch einen Fahrer gesteuert. Das Lenkrad umfasst üblicherweise einen Lenkradkranz und mehrere Lenkradspeichen. Zum Lenken greift der Fahrer das Lenkrad, insbesondere den Lenkradkranz, mit einer oder mit beiden Händen. Üblicherweise ist das Lenkrad mittels einer Lenkradnabe mit einer Lenkradsäule des Kraftwagens gekoppelt.
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Es ist bekannt, dass Kraftwägen Fahrerassistenzsysteme aufweisen, um die Sicherheit und/oder den Komfort zu erhöhen. Ein automatischer Notbremsassistent, ein Abstandshaltetempomat, ein Spurwechselwarnsystem, beispielsweise zur Überwachung eines toten Winkels, und/oder ein Spurhalteassistent, der beim Überfahren einer Fahrbahnmarkierung entweder ein Warnsignal sendet und/oder in die Lenkung des Kraftwagens eingreift. Ein solcher Lenkeingriff kann den Fahrer bei der Spurhaltung unterstützen und/oder bei fehlender oder falscher Reaktion des Fahrers auf ein drohendes Verlassen der Spur hin die Lenkung des Kraftwagens vollständig übernehmen.
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Für die Bereitstellung von Fahrerassistenzsystemen ist es wichtig, feststellen zu können, dass der Fahrer seine Pflichten zur Führung des Fahrzeugs nicht vernachlässigt. Insbesondere soll ein zumindest teilweise autonomes Fahren des Fahrzeugs mittels der Fahrerassistenzsysteme vermieden werden. Diesbezüglich ist bekannt, dass eine Sensorik bereitgestellt wird, um feststellen zu können, dass der Fahrer das Lenkrad beziehungsweise den Lenkradkranz zumindest mit einer Hand umgreift. Insbesondere muss eine Fehlerkennung oder eine Täuschung einer solchen Greiferkennung, insbesondere durch den Fahrer, vermieden werden.
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Aus der
DE 20 2013 003 736 U1 ist ein Sicherheitssensor zur Überwachung der Normalbedienposition der Hand einer Bedienperson bekannt. Bevorzugt ist hierfür wenigstens ein optischer Sensor, kapazitiver Sensor, biometrischer Sensor, Temperatursensor, Drucksensor und/oder bilderfassender Sensor vorgesehen.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2011 076 174 A1 ein Lenkrad bekannt, dessen Lenkradkranz eine Vielzahl von berührungsempfindlichen und vorzugsweise drucksensitiven Sensoren aufweist. Mittels dieser Sensoren kann ein Greifinformationssignal bereitgestellt werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Lenkrades für einen Kraftwagen bereitzustellen, durch welches ein Greifen des Lenkrades durch einen Fahrer zuverlässig ermittelbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Lenkrades für einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Um ein Verfahren zum Betreiben eines Lenkrades für einen Kraftwagen bereitzustellen, durch das ein Greifen des Lenkrades durch einen Fahrer zuverlässig ermittelbar ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mittels einer Berührungsauswerteeinheit durch eine Sensorik ermittelte Berührungsdaten auf das Vorhandensein einer Kontur wenigstens einer Hand des Fahrers überprüft werden. Das Lenkrad umfasst eine berührungsempfindliche Sensorik, durch welche die Berührungsdaten von Berührungen am Lenkrad erfasst werden. Mit Berührungen ist in diesem Kontext jede Krafteinwirkung und/oder Druckeinwirkung auf das Lenkrad gemeint. Eine Berührung kann beispielsweise durch ein Greifen des Lenkrades durch einen Fahrer und/oder durch einen am Lenkrad befestigten Gegenstand hervorgerufen werden. Die Berührungsauswerteeinheit analysiert die Berührungsdaten und überprüft diese auf das Vorhandensein einer Kontur wenigstens einer Hand des Fahrers. Das Greifen beziehungsweise Umgreifen des Lenkrads mit den Händen erzeugt spezifische Konturen der Handflächen auf dem Lenkrad. Diese können von Fahrer zu Fahrer und abhängig von der Griffposition auf dem Lenkrad voneinander abweichen. Weist eine Berührungsfläche die spezifische Kontur des Griffes eines Fahrers auf, so wird dies anhand der Berührungsdaten durch die Berührungsauswerteeinheit erkannt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die berührungsempfindliche Sensorik eine Vielzahl von über das Lenkrad verteilten berührungsempfindlichen Sensoren. Durch die Vielzahl an Sensoren ist die Sensorik in der Lage, ein Abbild des Handabdrucks mit einer ortsabhängigen Auflösung zu ermitteln. Hierdurch wird eine besonders genaue Erkennung eines spezifischen Handabdrucks ermöglicht.
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In einer anderen Ausführungsform umfasst die berührungsempfindliche Sensorik einen großflächigen berührungsempfindlichen Sensor. Der großflächige berührungsempfindliche Sensor kann eine Matte oder ein Überzug über das Lenkrad sein und deckt vorzugsweise sämtliche mögliche Berührungspunkte der Hand des Fahrers ab. Der großflächige berührungsempfindliche Sensor ist dazu in der Lage, Berührungen bezüglich ihrer Position aufzulösen und insbesondere mit einer vordefinierten Auflösung aufzulösen, so dass ein Abbild der Berührung ermittelt wird. In diesem Abbild kann entweder binär zwischen berührten und nicht berührten Bereichen unterschieden werden oder jedem Punkt eine Berührungsintensität zugeordnet werden. Die Erfassung der Berührung kann anhand eines Gitternetzes geschehen, welches der Auflösung des großflächigen berührungsempfindlichen Sensors entspricht. Durch einen einzelnen großflächigen berührungsempfindlichen Sensor kann eine Berührung des Lenkrades mit einer hinreichenden Genauigkeit ermittelt und ausgewertet werden. Hierdurch ergeben sich besonders genaue Berührungsdaten, welche auf das Vorhandensein der Kontur wenigstens einer Hand des Fahrers überprüft werden können.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Lenkrad neben der berührungsempfindlichen Sensorik zusätzlich eine temperaturempfindliche Sensorik auf, durch welche ein Temperaturwert gemessen wird. Der Temperaturwert betrifft insbesondere eine Berührung des Lenkrades, beispielsweise durch einen am Lenkrad befestigten Gegenstand oder durch die Hand des Fahrers. In einer Ausbildungsform der Erfindung wird an den Stellen, an welchen die berührungsempfindliche Sensorik eine Berührung ermittelt hat, zusätzlich eine Temperatur ermittelt. Anhand dieses Temperaturwertes kann die Erkennung des Greifens des Lenkrades durch den Fahrer weiter verbessert werden, indem der gemessene Temperaturwert mit einem vordefinierten Temperaturwert verglichen wird. Liegt der Temperaturwert in einem definierten Bereich um den vordefinierten Temperaturwert, insbesondere im Bereich einer menschlichen Körpertemperatur, so kann mittels der Temperaturmessung zusätzlich darauf geschlossen werden, dass es sich bei der Berührung um den Griff der Hand des Fahrers handelt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Berührungsauswerteeinheit ein Speicher zugeordnet, der gespeicherte Berührungsdaten enthält. Diese gespeicherten Berührungsdaten können mit den durch die berührungsempfindliche Sensorik ermittelten Berührungsdaten verglichen werden. Die gespeicherten Berührungsdaten umfassen insbesondere vordefinierte Handabdrücke und/oder Handstellungen und/oder charakteristische Abdrücke am Lenkrad befestigter Gegenstände. Anhand der gespeicherten Berührungsdaten kann dann die Überprüfung der durch die berührungsempfindliche Sensorik ermittelten Berührungsdaten auf das Vorhandensein einer Kontur wenigstens einer Hand des Fahrers verbessert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Berührungsauswerteeinheit anhand der ermittelten Berührungsdaten und/oder anhand der gespeicherten Berührungsdaten neue Griffmuster einer Hand des Fahrers erkennt. Auf diese Weise können neue Griffmuster der Hand des Fahrers erlernt werden und dadurch die Überprüfung der durch die berührungsempfindliche Sensorik ermittelten Berührungsdaten auf das Vorhandensein einer Kontur wenigstens einer Hand des Fahrers verbessert werden. Insbesondere, wenn das Lenkrad häufig von demselben Fahrer umgriffen wird, können so dessen charakteristische Griffmuster erlernt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen
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1 eine schematische Vorderansicht auf ein Lenkrad für einen Kraftwagen, das von einer Hand eines Fahrers gegriffen wird und an dem ein Gegenstand befestigt ist; und
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2 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt ein Lenkrad 1 für einen Kraftwagen mit einem Lenkradkranz 10 und Lenkradspeichen 12. Das Lenkrad 1 wird durch eine Hand 2 eines Fahrers gegriffen, was zu einer Berührungsfläche 20 der Hand 2 mit dem Lenkrad 1 führt. Außerdem ist an dem Lenkrad 1 ein Gegenstand 3 befestigt, was zu einer Berührungsfläche 30 des Gegenstandes mit dem Lenkrad 1 führt. Das Lenkrad 1 weist über den gesamten Lenkradkranz 10 sowie die Lenkradspeichen 12 einen großflächigen berührungsempfindlichen Sensor auf, welcher die Berührungen der Hand 2 sowie des Gegenstandes 3 registriert. Der großflächige berührungsempfindliche Sensor ist zu einer räumlichen Auflösung der Berührungen ausgebildet, was die Erkennung der Berührungsfläche 20 der Hand 2 des Fahrers sowie der Berührungsfläche 30 des Gegenstandes 3 ermöglicht. Das Lenkrad 1 umfasst weiterhin eine Berührungsauswerteeinheit 14, welche die Berührungsflächen 20, 30 der Hand 2 des Fahrers und des Gegenstandes 3 auf das Vorhandensein eines Griffmusters wenigstens einer Hand 2 des Fahrers überprüft.
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Die Berührungsfläche 20 der Hand 2 besitzt eine charakteristische Kontur, die einer Hand 2 eines Fahrers eindeutig zugeordnet werden kann. Hierzu weist die Berührungsauswerteeinheit 14 einen Speicher auf, der gespeicherte Berührungsdaten enthält. Die gespeicherten Berührungsdaten umfassen bekannte Konturen für die Berührungsfläche 20 einer Hand 2 des Fahrers und/oder bekannte Griffmuster einer Hand 2 des Fahrers. Durch Vergleich der Konturen der Berührungsflächen 20, 30 der Hand 2 beziehungsweise des Gegenstandes 3 mit den gespeicherten Berührungsdaten erkennt die Berührungsauswerteeinheit, dass die Berührungsfläche 20 von einer Hand 2 und die Berührungsfläche 30 von einem Gegenstand 3 hervorgerufen ist.
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Durch den Vergleich der Kontur der Berührungsfläche 20 der Hand 2 des Fahrers mit den gespeicherten Berührungsdaten ist die Berührungsauswerteeinheit 14 weiterhin dazu in der Lage, neue Konturen der Berührungsfläche 20 der Hand 2 des Fahrers beziehungsweise neue Griffmuster der Hand 2 des Fahrers zu erkennen. Beispielsweise wird ein neues Griffmuster erkannt, wenn eine Berührungsfläche 20 der Hand 2 des Fahrers eine bekannte Kontur hat, jedoch auf einer unbekannten Stelle des Lenkradkranzes 10 auftritt. Eine neue Kontur der Berührungsfläche 20 der Hand 2 wird beispielsweise erkannt, wenn die Kontur der Berührungsfläche 20 der Hand 2 eine anhand der gespeicherten Berührungsdaten bekannte Kontur aufweist, diese jedoch kleiner oder größer als in den gespeicherten Berührungsdaten ausfällt. Es ist dann wahrscheinlich, dass ein weiterer Fahrer mit einer unterschiedlich großen Hand 2 das Lenkrad 1 greift.
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Die gespeicherten Berührungsdaten können bereits während einer Entwicklungsphase des Lenkrades 1 gesammelt werden. Dazu können verschiedene Fahrer das Lenkrad 1 mit ihren Händen 2 an verschiedenen Stellen des Lenkradkranzes 10 sowie der Lenkradspeichen 12 greifen. Die unterschiedlichen Konturen der Berührungsflächen 20 der Hände 2 der verschiedenen Fahrer werden dann ermittelt und serienmäßig in der Berührungsauswerteeinheit 14 gespeichert. Alternativ oder zusätzlich dazu können die gespeicherten Berührungsdaten auch bei einer Inbetriebnahme, insbesondere bei der Erstinbetriebnahme, durch den Fahrer gesammelt werden. Der Fahrer umgreift dazu das Lenkrad 1 mit seiner Hand 2 an verschiedenen Stellen des Lenkradkranzes 10 sowie der Lenkradspeichen 12. Die so ermittelten Daten werden in der Berührungsauswerteeinheit 14 gespeichert.
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Neben dem großflächigen berührungsempfindlichen Sensor umfasst das Lenkrad 1, insbesondere der Lenkradkranz 10 sowie die Lenkradspeichen 12, zusätzlich einen großflächigen temperaturempfindlichen Sensor, der ebenfalls den Lenkradkranz 10 und die Lenkradspeichen 12 bedeckt. Mittels des großflächigen temperaturempfindlichen Sensors kann den Berührungsflächen 20, 30 der Hand 2 beziehungsweise des Gegenstandes 3 jeweils ein Temperaturwert zugeordnet werden. Eine Temperaturauswerteeinheit 16 überprüft, ob dieser Temperaturwert in einem vordefinierten Bereich liegt. Der vordefinierte Bereich des Temperaturwertes kann dem typischen Temperaturbereich entsprechen, welcher sich an der Berührungsfläche 20 einer Hand 2 einstellt, insbesondere die Körpertemperatur eines Menschen. Liegt der Temperaturwert einer Berührungsfläche 20 in dem vordefinierten Temperaturbereich, so erkennt die Temperaturauswerteeinheit 16 eine Hand 2 des Fahrers. Liegt der Temperaturwert der Berührungsfläche 30 außerhalb des vordefinierten Temperaturbereichs, insbesondere darunter, so erkennt die Temperaturauswerteeinheit 16 einen Gegenstand 3.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann derart ausgestaltet sein, dass eine Berührungsfläche 20, 30 zunächst auf eine Kontur einer Berührungsfläche 20 einer Hand 2 des Fahrers überprüft wird, und in einem nächsten Schritt der Temperaturwert der Berührungsfläche 20, 30 überprüft wird.
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2 zeigt ein Flussdiagramm eines solchen Ausführungsbeispiels. Zunächst wird in einem Schritt S0 eine Berührung des Lenkrades 1 durch die berührungsempfindliche Sensorik erfasst. Wird keine Berührung erfasst, so wird erkannt, dass der Fahrer das Lenkrad 1 nicht mit seiner Hand 2 greift (N). Wird im Schritt S0 eine Berührung erfasst, so werden in einem folgenden Schritt S1 Berührungsdaten durch die berührungsempfindliche Sensorik erfasst und der Berührungsauswerteeinheit 14 zur Verfügung gestellt. Anhand der Berührungsdaten ermittelt die Berührungsauswerteeinheit 14 in einem Schritt S2 eine Kontur einer Berührungsfläche 20, 30 auf dem Lenkrad 1. Anschließend überprüft die Berührungsauswerteeinheit 14 in einem Schritt S3 die Berührungsdaten auf das Vorhandensein einer Kontur wenigstens einer Hand 2 des Fahrers. Beispielsweise geschieht das durch Vergleichen der Kontur der Berührungsfläche 20, 30 auf dem Lenkrad 1 mit gespeicherten Konturen aus den gespeicherten Berührungsdaten. Wird keine Kontur wenigstens einer Hand 2 des Fahrers erkannt, so erkennt die Berührungsauswerteeinheit 14, dass der Fahrer das Lenkrad 1 nicht greift (N). Wird hingegen eine Kontur wenigstens einer Hand 2 des Fahrers erkannt, so wird in einem nächsten Schritt S4 ein Temperaturwert der Berührungsfläche 20 auf dem Lenkrad 1 durch die temperaturempfindliche Sensorik gemessen. Im folgenden Schritt S5 überprüft die Temperaturauswerteeinheit 16, ob sich der Temperaturwert der Berührungsfläche 20 in einem vordefinierten Temperaturbereich befindet. Befindet sich der Temperaturwert der Berührungsfläche 20 nicht im vordefinierten Temperaturbereich, so erkennt die Temperaturauswerteeinheit, dass der Fahrer das Lenkrad 1 nicht greift (N). Liegt der Temperaturwert der Berührungsfläche 20 hingegen im vordefinierten Temperaturbereich, so erkennt die Temperaturauswerteeinheit 16, dass der Fahrer das Lenkrad 1 greift (J).
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Das Greifen beziehungsweise Umgreifen eines Lenkrads 1 mit den Händen 2 erzeugt spezifische Abdrücke oder Berührungsflächen 20 der Handflächen auf dem Lenkrad 1. Zwar differenzieren diese von Fahrer zu Fahrer, dennoch beschränkt sich das Greifen, bedingt durch die Ergonomie, auf wenige Handstellungen beziehungsweise Greifmuster. Diese werden beispielsweise in einem Entwicklungsprozess analysiert und in der Berührungsauswerteeinheit 14 des Lenkrads 1 gespeichert. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Lenkrad 1 dazulernt, um selbständig Optimierungen zu spezifischen Handstellungen beziehungsweise Formabweichungen der Hände 2 verschiedener Fahrer vorzunehmen. Außerdem können neue Griffmuster der Hand 2 des Fahrers erkannt werden.
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Durch die Erkennung der spezifischen Form einer Hand 2 beziehungsweise der Berührungsfläche 20 einer Hand 2 bei Berührung des Lenkrads 1, kann sichergestellt werden, dass die Sensorik des Fahrzeugs den absichtlichen oder unabsichtlichen Kontakt mit Fremdkörpern und/oder Gegenständen 3 nicht als Greifen des Lenkrades 1 durch den Fahrer fehlinterpretiert.
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Die Messung eines Temperaturwertes, insbesondere Köpertemperaturmessung, dient dabei als zweite Kontrollinstanz. Entspricht die Temperatur des Kontakts beziehungsweise der Temperaturwert der Berührungsfläche 20, 30 nicht einem vordefinierten Temperaturbereich, insbesondere den Normalwerten einer menschlichen Hand, so wird erkannt, dass der Fahrer das Lenkrad 1 nicht greift.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202013003736 U1 [0005]
- DE 102011076174 A1 [0006]
