DE102018205576A1

DE102018205576A1 - Lenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102018205576A1
Application number: DE102018205576.9A
Authority: DE
Inventors: Johannes Bruckmaier
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-04-12
Filing date: 2018-04-12
Publication date: 2019-10-17

Abstract

Nach der Erfindung besteht eine Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mindestens aus einem betätigbaren, nicht mit einem Lenkmechanismus mechanisch gekoppelten Bedienelement, einem Aktor für den Lenkmechanismus und einer Erfassungsanordnung für eine Eingangsgröße für ein Steuergerät aus der Betätigung des Bedienelements, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsanordnung aus wenigstens aus einem Sensor besteht, der eine Ausgangsgröße des Bedienelements weglos erfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Die DE 197 38 183 A1 beschreibt eine Pedaleinheit für ein Kraftfahrzeug, zum Bedienen eines Leistungssteuer- oder Stellelementes eines Kraftfahrzeuges durch einen Fahrzeugführer, mit einem in dessen Bedienbereich angeordneten, im Wesentlichen flächenförmigen Bedienelement. Die Pedaleinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienelement einen Kraftaufnehmer aufweist, der ein elektrisches Steuersignal bzw. Stellsignal in Abhängigkeit von einer auf das Bedienelement einwirkenden Kraft bildet, mit dem das Leistungssteuer- oder Stellelement steuer- bzw. stellbar ist.
Des Weiteren beschreibt die DE 10 2005 049 042 B4 Lenkungssysteme für lenkbare Fahrzeuge, die ein elektrisches Lenksystem, ein so genanntes Steer-by-wire-System umfassen.
Zudem ist bekannt, dass insbesondere Spezialfahrzeuge mit Hilfe eines Joysticks gesteuert werden. Hierbei werden Längs- und Querführung über diesen Joystick mit der Hand ausgeführt. Der zurückgelegte Weg des Joysticks wird für die Steuerung der Fahrzeugaktorik verwendet.
Ausgehend von einem steer-by-wire Lenkungssystem, das den Lenkwunsch des Fahrers über geeignete Signale an einen Aktor weiterleitet, der entsprechend die Drehung der Räder steuert, hat die Erfindung die Aufgabe, eine solche Lenkeinrichtung so weiterzubilden, dass für das automatisierte Fahren von Kraftfahrzeugen, in diesen ein Innenraum bereit gestellt werden kann, ohne zentral angeordnetes Lenkrad, wodurch Freiheiten bei der Packagegestaltung des Innenraums, Flexibilität bei der Platzierung und Ausgestaltung der Lenkung und Vorteile bei wegfahrbaren bzw. wegklappbaren Lenkrädern entstehen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Nach der Erfindung besteht eine Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mindestens aus einem betätigbaren, nicht mit einem Lenkmechanismus mechanisch gekoppelten Bedienelement, einem Aktor für den Lenkmechanismus und einer Erfassungsanordnung für eine Eingangsgröße für ein Steuergerät aus der Betätigung des Bedienelements, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsanordnung aus wenigstens aus einem Sensor besteht, der eine Ausgangsgröße des Bedienelements weglos erfasst.
Vorteilhafterweise ist, wenn der Lenkwunsch des Fahrers über einen Kraftsensor weitergeleitet wird, keine Drehung eines Lenkrads nötig. Als Kraftsensorik bzw. Drucksensorik eignen sich Dehnmessstreifen sowie Piezoelektrische oder magnetoelastische Sensoren in der Erfassungsanordnung. Die Kraft kann allerdings auch hydraulisch oder pneumatisch an die Sensorik weitergegeben werden. In diesem Fall muss die Sensorik nicht zwangsläufig an der Lenksäule angebracht werden, sondern kann auch an einer anderen geeigneten Position wie z.B. dem Lenkgetriebe angebracht werden. Außerdem ist eine reine Kraftweiterleitung an das Lenkgetriebe denkbar. Um große Anforderungen an die Funktionssicherheit zu erfüllen, sind die Leitungen vorteilhafterweise mindestens einfach redundant ausgeführt.
Bei bevorzugten Ausführungen der Erfindung kann die Erfassungsanordnung je nach verbauter Sensorik Teil des Bedienelements oder des Lenkmechanismus oder des Steuergeräts sein und der Aktor kann druckgesteuert sein.
Eine solche Lenkeinrichtung mit Bedienelement und Kraft- bzw. Druckerfassungsanordnung, wobei die auf das Bedienelement ausgeübte Kraft wegfrei an den jeweilig verwendeten Sensor in der Erfassungsanordnung weitergegeben wird, hat den Vorteil, dass sie einfach hergestellt werden kann und dass die gesamte Betätigungseinrichtung sehr einfach, mit wenigen Teilen aufgebaut werden kann. Außerdem wird von dem Bedienelement auch bei verklemmtem Lenkrad die vom Fahrer gewünschte Führungsgröße ermittelt.
Ein Lenkrad wird bisher nur zur Querführung eingesetzt. In einer weiteren Ausführungsform lässt sich das Lenkrad mit einer weiteren Sensorik ausstatten die über Zug bzw. Druck eine Längsführung eines Kraftfahrzeugs ermöglicht.
Das Bedienelement kann vorteilhafterweise auch kompakt in einer ergonomisch günstigen Position, zum Beispiel an einer Mittelkonsole, Instrumententafel oder an Armauflagen integriert werden.
Da der Fahrer keine zum Drehwinkel des Lenkrads proportionale Fahrtrichtungsänderung mehr spürt, ist ein Auswerteverfahren nötig, das ein angenehmes Lenkgefühl vermittelt. Hierzu können hinter das Auswerteglied der Kraft verschiedene Regelglieder geschaltet werden. Das Ausgangssignal dieser Regelglieder kann in geeigneter Weise von einer Fahrzeuggeschwindigkeit, von Beschleunigungen in drei karthesischen Raumrichtungen und/oder von einer Gierrate, vom aktuellen Drehwinkel der Räder und einer Drehwinkeländerung der Räder abhängig gemacht werden. Die Beschleunigung und Gierrate kann von einer bereits im Kraftfahrzeug vorhandenen Sensorik auf einem Kommunikationsbus, zum Beispiel CAN, LIN, Flexray oder Ethernet, der Steuergeräte untereinander bereitgestellt werden. Für eine Verbesserung des Lenkgefühls kann eine Hysterese in die Verarbeitung des Kraftsignals aufgenommen werden.
Eine Auswerteeinheit kann außerdem die Einhaltung der Funktionssicherheit überwachen und Fehler in Signalen über in einer Software implementierten Gleichlauf- und Plausibilitätskontrolle erkennen. Diese erkannten Fehler können zum Beispiel elektrischer Defekt sowie auch mechanischer Defekt, wie zum Beispiel undichte Hydraulikleitungen sein.
Des Weiteren ist eine Ausführungsform der Lenkeinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass deren Steifigkeit der Lenkeinrichtung, insbesondere durch eine Elastizität veränderbar ist.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung näher dargestellt. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Bedienelement für eine steer-by-wire Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, ausgebildet als Lenkrad, auf das Wesentliche beschränkt, schematisch gezeichnet in einer Draufsicht. Die 2 zeigt, entsprechend 1, eine weitere Ausführungsform eines solchen Lenkrads.
In 1 besteht ein Bedienelement für eine nicht gezeichnete steer-by-wire Lenkeinrichtung für ein nicht gezeichnetes Kraftfahrzeug aus einem Kraftaufnahmeglied 3, das aus einem Sensor besitzt, der eine Ausgangsgröße des Bedienelements weglos erfasst. Dazu verbindet ein elastisches Element 2 in der Art eines Biegebalkens das Kraftaufnahmeglied 3 mit einem Lenkradkranz 1, der von einem nicht gezeichneten Fahrer verdreht wird. Diese Verdrehung verspannt das elastische Element, dessen Reaktionskraft an seiner Einspannstelle vom Kraftaufnahmeglied 3 weglos als Eingangsgröße für eine nicht gezeichnete Steuereinrichtung aus der vom Fahrer entsprechend seiner Lenkvorgabe am Lenkradkranz 1 als Ausgangsgröße eingeleiteten Drehmomentvorgabe abgenommen wird. Nach Beendigung der Lenkvorgabe durch den Fahrer stellt das elastische Element 2 die Auslenkung des Lenkradkranzes 1 zurück und die Ausgangsgröße Drehmomentvorgabe und die Eingangsgröße Reaktionskraft des Kraftaufnahmeglieds 3 gehen auf Null zurück.
Die Ausführungsform der Erfindung nach 2 besitzt neben dem Lenkradkranz 1, dem elastischen Element 2, hier ausgebildet als Schraubenfedern, und dem Kraftaufnahmeglied 3, mit entsprechend der in 1 beschriebenen Wirkung dieser Merkmale, ein Kraftübertragungselement 4 zwischen elastischem Element 2 und Kraftaufnahmeglied 3.
Alternativ und nicht gezeichnet kann jeder Lenkradkranz 1 zusätzlich noch einen nicht gezeichneten Sensor nach dem Stand der Technik beaufschlagen, dass die Kraft über einen weiteren physikalischen Effekt ermittelt wird. Dadurch die Bereitstellung eines Redundanzwertes der Eingangsgröße für das Steuergerät möglich und das Führungsgrößensignal kann auf Plausibilität überprüft werden.
Außerdem sind noch Packagevorteile und Kostenreduktion gegeben, da das Lenksignal identisch mit den Werten der Kraftsensoren ist, aber früher gemessen wird als bei einem wegabhängigen Lenksignal.
Zusätzlich kann das Bedienelement noch durch einen nicht gezeichneten Reaktionskraftsteller beaufschlagt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19738183 A1 [0002]
DE 102005049042 B4 [0003]

Claims

Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mindestens bestehend aus einem betätigbaren, nicht mit einem Lenkmechanismus mechanisch gekoppelten Bedienelement (1), einem Aktor für den Lenkmechanismus und einer Erfassungsanordnung für eine Eingangsgröße für ein Steuergerät aus der Betätigung des Bedienelements (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsanordnung aus wenigstens aus einem Sensor besteht, der eine Ausgangsgröße des Bedienelements (1) weglos erfasst.
Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsanordnung wenigstens aus einem Kraft- (3) und/oder Drucksensor besteht.
Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsanordnung Teil des Bedienelements (1) ist.
Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsanordnung ein Teil des Lenkmechanismus ist.
Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsanordnung Teil des Steuergeräts ist..
Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor druckgesteuert ist.
Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit der Lenkeinrichtung, insbesondere durch eine Elastizität (2) veränderbar ist.
Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienelement durch einen Reaktionskraftsteller beaufschlagt wird.