Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steer-by-Wire-Lenksystem für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. In Steer-by-Wire-Lenksystemen ist die Stellung der gelenkten Räder nicht direkt mit dem Lenkrad gekoppelt. Es besteht eine Verbindung zwischen dem Lenkrad und den gelenkten Rädern über elektrische Signale. An Stelle der mechanischen Kopplung werden ein Radwinkelsteller zur Positionierung der Räder sowie ein Handkraftaktuator zur Simulation der Rückstellkräfte am Lenkrad verwendet.

Zur Erhöhung der Fahrsicherheit eines Kraftfahrzeugs im Straßenverkehr weisen moderne Kraftfahrzeuge eine zunehmende Anzahl von Fahrerassistenzsysteme auf, welche auf die Erhöhung der aktiven Sicherheit gerichtet sind. Neben Geschwindigkeitsregelungen und teilweise damit verknüpften Abstands- regelungen sind auch Spurhaltesysteme bekannt.

Für diese Systeme ist eine Lenkradüberwachung wichtig, die feststellt, ob eine Fahreraktivität am Lenkrad vorliegt oder nicht.

Dabei wird im Folgenden eine Situation, in der der Fahrer das Lenkrad ergriffen hat, als Hands-On-Situation, und eine Situation, in der der Fahrer das Lenkrad nicht ergriffen hat, also eine Freihandfahrt, als Hands-Off-Situation bezeichnet, was den in diesen technischen Bereichen verwendeten Begriffen entspricht.

Aus DE 10 2009 028 647 B3 ist eine Hands-On/Off-Erkennung eines elektrisch unterstützten Lenksystems bekannt. Die Erkennung der Fahreraktivität am Lenkrad erfolgt mittels eines Testsignals. Hierbei generiert ein Beobachter aus dem Testsignal und dem Drehmoment des Lenkrads ein Modell.

Die DE 10 2010 019 236 B3 offenbart ebenfalls ein Verfahren zum Messen einer Handberührung eines Steuers eines Hubschraubers. Dabei wird anhand von Bewegungssignalen des Steuers ein Frequenzspektrum ermittelt, wodurch erkannt werden kann, ob der Fahrer mit dem Steuer in Kontakt steht.

Zusätzlich werden in der Umgebung des Steuers Vibrationen erfasst. Das Frequenzspektrum bei ungegriffenem Steuer unterscheidet sich dabei vom Frequenzspektrum eines berührten Steuers. Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass sie nicht stets die gewünschte Genauigkeit aufweisen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steer-by-Wire-Lenksystem für Kraftfahrzeuge mit genauer, ausreichend schneller und stets zuverlässig arbeitender Lenkradüberwachung anzugeben.

Diese Aufgabe wird von einem Steer-by-Wire-Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren zur Bestimmung eines Kontaktzustandes mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung genannt.

Demnach ist ein Steer-by-Wire-Lenksystem für Kraftfahrzeuge mit einem auf die gelenkten Räder wirkenden, in Abhängigkeit eines Fahrerlenkwunsches elektronisch geregelten Lenksteiler, mit einem Rückwirkungen der Straße auf ein Lenkrad übertragenden Feedback-Aktuator, und einer Steuereinheit, die den Feedback-Aktuator und den Lenksteiler ansteuert, vorgesehen, wobei die Steuereinheit einen Schätzer umfassend einen Beobachter und ein Modell des Feedback-Aktuators aufweist, wobei der Schätzer dazu eingerichtet ist, basierend auf Messwerten des Feedback-Aktuators und mithilfe des Modells und des Beobachters ein Fahrerlenkmoment zu schätzen und als Ergebnis bereitzustellen, und wobei die Steuereinheit weiterhin eine Filtereinheit umfasst, die dazu eingerichtet ist, die Messwerte des Feedback-Aktuators durch Bestimmung der Dämpfung von Amplituden vorgegebener Frequenz- bereiche zu analysieren und das Ergebnis bereitzustellen, zudem weist die Steuereinheit weiterhin eine Entscheidungseinheit auf, die derart aufgebaut ist, anhand der Ergebnisse der Filtereinheit und des Schätzers zu entscheiden, ob eine Handberührung des Fahrers am Lenkrad vorliegt oder nicht.

Dadurch, dass neben einem Schätzer auch durch Analyse des Frequenz- Spektrums der Kontaktzustand überprüft wird, arbeitet die Lenkradüberwachung des erfindungsgemäßen Lenksystems schnell und stets zuverlässig. Vorzugsweise umfasst die Filtereinheit einen Goertzel-Algorithmus um nur Teile des Frequenzspektrums zu analysieren.

Der Beobachter ist bevorzugt ein Kaiman Filter oder bei nicht-linearen

Systemen ein„Extended Kaiman Filter". In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Entscheidungseinheit weiterhin derart aufgebaut ist, dass sie im Falle einer nicht hinreichenden Genauigkeit der Bestimmung des Dämpfungsgrades ein

Testsignal an den Feedback-Aktuator schicken kann, wobei ausgehend von dem Testsignal mit Hilfe der Filtereinheit und des Schätzers die Entschei- dungseinheit zuverlässig entscheiden kann, ob eine Handberührung des Fahrers am Lenkrad vorliegt oder nicht. Der Termin„Hinreichend Genau" bezieht sich dabei auf das gemessene Frequenzspektrum und ob genügend Vibrationen vorliegen mit deren Hilfe, eine eventuell vorliegende Dämpfung von Amplituden in vordefinierten Frequenzbereichen bestimmt werden kann. Zum Beispiel im Zuge eines automatischen Einparkvorgangs ist beim Stillstand des Kraftfahrzeugs zu erwarten, dass die Vibrationen am Lenkrad zu klein sind. Es ist daher ein Testsignal notwendig, um sicher und zuverlässig zu entscheiden, ob der Fahrer seine Hände am Lenkrad hat oder nicht. Vorzugsweise ist das eingeleitete Testsignal nicht durch den Fahrer am Lenkrad wahrnehmbar.

Weiterhin ist ein entsprechendes Verfahren zur Bestimmung eines Kontaktzustandes zwischen mindestens einem Fahrer eines Kraftfahrzeuges mit einem Steer-by-Wire-Lenksystem und einem Lenkrad des Steer-by-Wire- Lenksystems vorgesehen, wobei das Steer-by-Wire-Lenksystem einen in Abhängigkeit eines Fahrerlenkwunsches elektronisch geregelten Lenksteiler, einen Rückwirkungen der Straße auf das Steuer übertragenden Feedback- Aktuator, und eine Steuereinheit, die den Feedback-Aktuator und den

Lenksteiler ansteuert, aufweist, und das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Ermitteln eines Frequenzspektrums von Bewegungssignalen, die von Sensoren des Feedback-Aktuators erfasst werden, b) Analyse des Frequenzspektrums mit Bestimmung der Dämpfung von Amplituden vorgegebener Frequenzbereiche, c) Schätzen eines Fahrerlenkmoments mittels eines geeigneten

Beobachters des Feedback-Aktuators, eines Modells des Feedback- Aktuators und der Bewegungssignale. Vorzugsweise ist ein Verfahrensschritt d) vorgesehen, der falls die Analyse des Frequenzspektrums eine hinreichende Genauigkeit aufweist, Bestimmung des Kontaktzustandes durch Analyse des geschätzten Fahrerlenkmoments, des Frequenzspektrums und der Dämpfung der Amplituden der vorgegebenen Frequenzbereiche, umfasst. Und weiterhin bevorzugt, im Falle einer nicht hinreichenden Genauigkeit der Analyse des Frequenzspektrums, die Schritte

- Aussetzen der Entscheidung ob ein Kontakt vorliegt,

- Ausgabe eines Testsignals an den Feedback-Aktuator, umfasst. Worauf nach dem Erzeugen des Testsignals, das Verfahren zur Analyse des Testsignals gemäß den Verfahrensschritten a)-d) durchgeführt wird. Vorzugsweise erfolgt die Analyse des Frequenzspektrums in Schritt b) durch einen Vergleich zwischen dem ermittelten Frequenzspektrum und einem hinterlegten Referenz- Frequenzspektrum.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das in Schritt b) ermittelte

Frequenzspektrum gefiltert und die Analyse des Frequenzspektrums in

Abhängigkeit des gefilterten Frequenzbereichs des Frequenzspektrums durchgeführt.

Wie bereits oben dargestellt, erfolgt das Filtern bevorzugt durch einen

Goertzel-Algorithmus.

Vorteilhafterweise ist der Beobachter ein„Extended Kaiman Filter". Bei dem Verfahren ist es von Vorteil, wenn das Modell des Feedback-Aktuators die Trägheit, Dämpfung/Reibung, Steifigkeit, Ungleichförmigkeit und/oder Totzeit des Systems beinhaltet.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Bewegungssignale einen von dem Feedback-Aktuator gemessenen Lenkwinkel und ein von dem Feedback-Aktuator gemessenes Drehmoment.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleichartige oder gleichwirkende Bauteile werden in den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Es

zeigen :

Fig . 1 : eine schematische Darstellung eines Steer-by-Wire-Lenksystems,

Fig . 2 : ein Blockdiagramm einer Steuerung des Steer-by-Wire- Lenksystems, sowie

Fig . 3 : ein Blockdiagramm mit Steuereinheit und Feedback-Aktuator. In der Figur 1 ist eine Steer-by-Wire-Lenkung 1 gezeigt. An einer Lenkwelle 2 ist ein nicht dargestellter Drehwinkelsensor angebracht, welcher das durch Drehen des Lenkrads 3 aufgebrachte Fahrerlenkmoment erfasst. Des Weiteren ist an der Lenkwelle 2 ein Feedback-Aktuator 4 angebracht, welcher dazu dient, die Rückwirkungen von der Fahrbahn 70 auf das Lenkrad 3 zu

übertragen und somit dem Fahrer eine Rückmeldung über das Lenk- und

Fahrverhalten des Fahrzeugs zu geben. Der Fahrerlenkwunsch wird über den vom Drehwinkelsensor gemessenen Drehwinkel der Lenkwelle 2 über Signalleitungen an eine Steuereinheit 5 übertragen. Die Steuereinheit 5 steuert in Abhängigkeit des Signals vom Drehwinkelsensor sowie weiteren Eingangs- großen, wie z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Gierrate und dergleichen einen elektrischen Lenksteiler 6 an, welcher die Stellung der gelenkten Räder 7 steuert. Der Lenksteiler 6 wirkt über ein Lenkgetriebe 8 sowie Spurstangen 9 und anderen Bauteilen mittelbar auf die gelenkten Räder 7.

Figur 2 zeigt den Zusammenhang zwischen Feedback-Aktuator 4, Steuerein- heit 5 und Lenksteiler 6. Der Feedback-Aktuator 4 weist den Drehwinkelsensor, einen Drehmomentsensor und einen Motor 10 auf. Der Feedback- Aktuator 4 kommuniziert mit der Steuereinheit 5, die einen Schätzer 11 aufweist. Wie in Figur 3 dargestellt ist, empfängt der Schätzer 11 Signale vom Feedback-Aktuator 4, die ein am Feedback-Aktuator 4 anliegenden Lenkwinkel und ein Drehmoment repräsentieren. Der vom Feedback-Aktuator 4 mittels des Drehwinkelsensors gemessene Lenkwinkel und das mittels des Drehmomentsensors gemessene Drehmoment stellen somit die Eingangsgrößen für den Schätzer 11 dar.

Der Schätzer schätzt aus diesen Messwerten ein Lenkmoment des Fahrers bzw. ein Fahrerlenkmoment; das Moment, welches der Fahrer auf das Lenkrad aufbringt. Dazu verwendet der Schätzer ein Modell 12 des Feedback-Aktuators 5 und einen Kaiman-Filter, als Beobachter.

Als Input für das Zustands-Modell 12 des Feedback-Aktuators 4 werden unter anderem folgende physikalische Eigenschaften berücksichtigt: die Trägheit, Dämpfung/Reibung, Steifigkeit, Ungleichförmigkeit und Totzeit des Systems.

Das Konzept eines Kaimanfilters betrifft ein Verfahren zum Schätzen der zeitlichen Entwicklung linearer Systeme, mittels welchem Störungen von einem Messsignal entfernt werden können. Das Filter benötigt hierzu ein Modell des zu schätzenden Systems. Bevorzugt werden nichtlineare Zusammenhänge berücksichtigt, so dass der Schätzer auf einem Extended-Kalman-Filter und einem nicht-linearen Modell des Feedbackaktuators basiert.

Zusätzlich zu dem geschätzten Fahrerlenkmoment werden aus dem vom Feedback-Aktuator gemessenen Lenkwinkel und Drehmoment mittels eines Filters 13 die Dämpfung von Amplituden vorbestimmter Frequenzbereiche bestimmt.

Umfasst der Fahrer das Lenkrad 3, so werden aufgrund des neuen

mechanischen Gesamtsystems und der veränderten Dämpfungseigenschaften Vibrationen zum Teil geschluckt. Die Frequenzspektren des ungegriffenen Lenkrads unterscheiden sich charakteristisch von denen des gegriffenen Lenkrads. Der Unterschied zwischen Hands-on und Hands-off Zustand ist somit im Frequenzspektrum der gemessenen Sensorsignale des

Feedbackaktuators 4 sichtbar.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn nur bestimmte Frequenzbereiche verwendet werden. So ist beispielsweise bekannt, dass in höheren Frequenzbereichen charakteristische Vibrationen erkennbar sind, die sich aus Vibrationen aus der Umgebung des Lenkrads zusammensetzen. Wird nun das Lenkrad gegriffen, so verändern sich diese Frequenzbereiche entsprechend, was dann detektierbar ist. Vorzugsweise analysiert ein Goertzel-Algorithmus nur bestimmte Frequenzbereiche, anhand deren eine Lenkradüberwachung vollzogen wird.

Es liegen somit zwei nahezu unabhängig voneinander getroffene Einschätzungen vor, die in einem finalen Auswerteschritt einer Entscheidungseinheit 14 miteinander verknüpft werden, um zuverlässig zu bestimmen, ob am Lenkrad eine Handberührung bzw. ein Fahrerlenkmoment anliegt oder nicht.

Falls die im Fahrbetrieb auftretenden Vibrationen für die Bestimmung der Dämpfungen der Amplituden in den vorbestimmten Frequenzbereichen nicht ausreichen, wird zusätzlich ein Testsignal 15 in einer bestimmten Intensität und Amplitude mittels des Feedback-Motors 10 in den Feedback-Aktuator 4 eingeleitet und eine symmetrische Schwingung am Lenkrad 3 erzeugt. Daraufhin wird wiederrum anhand des geschätzten Fahrerlenkmoments und mittels Frequenzanalyse des Goertzel-Filters eine Beeinflussung des Feedback- Aktuators 4 durch eine Berührung des Lenkrads 3 erkannt und damit der aktuelle Bedienzustand (Hands-On/-Off) bestimmt. Befindet sich das Fahrzeug in einer Kurvenfahrt und wird eine Hands-off Situation am Lenkrad 3 ermittelt, kann es notwendig sein, das Lenkrad 3 in die neutrale Position zurück zu bewegen, um eine Geradeausfahrt zu ermöglichen . Bei der Rückstellung des Lenkrads 3 in die neutrale Position wird das am Lenkrad 3 anliegende Lenkgefühl angepasst. Unter„angepasst" ist zu verstehen, dass über eine höhere einstellbare Reibung bzw. Dämpfung in Abhängigkeit der Fahrzeug-und Lenkwinkelgeschwindigkeit und der

Lenkrichtung eine gleichmäßige Rückstellung ermöglicht wird und dem Fahrer damit ein möglichst natürliches Lenkgefühl bei erneuter Hands-On Situation bereitgestellt wird.