DE19625497C1 - Bedienelementanordnung zur Steuerung der Längs- und der Querbewegung eines Kraftfahrzeuges - Google Patents
Bedienelementanordnung zur Steuerung der Längs- und der Querbewegung eines KraftfahrzeugesInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Bedienelementanordnung zur
Steuerung der Längs- und der Querbewegung eines Kraftfahrzeuges
mit einem handbetätigbaren, in Fahrzeuglängsrichtung feststehend
angeordneten Stellelement, mit dem die Fahrzeuglängsbewegung in
Abhängigkeit von der auf das Stellelement in Fahrzeuglängsrich
tung ausgeübten Betätigungskraft gesteuert wird.
Herkömmlicherweise dienen in einem Automobil das Lenkrad als Be
dienelement zur Steuerung der Querbewegung sowie das Gas- und
das Bremspedal als Bedienelemente zur Steuerung der Längsbewe
gung. In dem Aufsatz P. Bränneby et al., "Improved Active and
Passive Safety by Using Active Lateral Dynamic Control and an
Unconventionl Steering Unit", 13th International Technical Con
ference on Experimental Safety Vehicles, 4. bis 7.11.1991,
Proceedings Vol. 1, Seite 224 wird als Alternative zum herkömm
lichen Lenkrad ein beispielsweise am Mitteltunnel des Fahrzeugs
angeordneter Bedienhebel vorgeschlagen.
Des weiteren ist es bekannt, ein gemeinsames Bedienelement zur
Steuerung der Längs- und Querdynamik eines Kraftfahrzeuges vor
zusehen, wobei vorzugsweise die Längsbewegung durch eine Betäti
gung des Bedienelementes in Fahrzeuglängsrichtung und die Quer
bewegung durch eine Betätigung desselben in Querrichtung, insbe
sondere als Drehbewegung entsprechend dem herkömmlichen Lenkrad,
gesteuert werden. Man unterscheidet dabei zwischen passiven,
isometrischen und aktiven Auslegungen der Bedienelementbetäti
gung. Bei der passiven Auslegung wird die zu steuernde, fahrdy
namische Größe in Abhängigkeit von der Bedienelementauslenkung
in die zugehörige Betätigungsrichtung eingestellt, wobei keine
Rückmeldung über den Istzustand dieser Größe auf das Bedienele
ment gegeben ist. Letzteres gilt auch für die isometrische Sy
stemauslegung, bei der die fahrdynamische Größe in Abhängigkeit
von der in die zugehörige Betätigungsrichtung auf das Bedienele
ment ausgeübten Betätigungskraft eingestellt wird, während das
Bedienelement in dieser Betätigungsrichtung ortsfest verbleibt.
Bei der aktiven Systemauslegung erfolgt die Einstellung der
fahrdynamischen Größe in Abhängigkeit von der Auslenkung des Be
dienelementes oder der auf dieses ausgeübten Betätigungskraft,
wobei gleichzeitig eine vom Fahrer am Bedienelement fühlbare
Rückmeldung über den Istzustand des von ihm gesteuerten Systems
dadurch erfolgt, daß abhängig von diesem Istzustand vom System
selbsttätig eine Reaktionskraft auf das Bedienelement ausgeübt
oder das Bedienelement in die zugehörige Betätigungsrichtung
ausgelenkt wird, wozu jeweils eine geeignete Aktuatorik vorgese
hen ist.
Ein Bedienelement mit passiver Auslegung sowohl zur Längs- als
auch zur Querdynamiksteuerung ist in aber Patentschrift US 3 022 850
in Form eines Steuerknüppels offenbart, der an einem Rahmen
um eine horizontale Querachse schwenkbeweglich gelagert ist, wo
bei der Rahmen seinerseits um eine horizontale Längsachse dreh
bar ist. Ein in der Veröffentlichung von H. Bubb, Arbeitsplatz
Fahrer - eine ergonomische Studie, Automobil-Industrie 3/85,
Seite 265, erwähntes Bedienelement beinhaltet zwei nebeneinan
derliegende, mechanisch miteinander verbundene, tellerartige
Handgriffe, die am Ende eines Bügels angebracht sind, der an der
Fahrzeugmittelkonsole längsbeweglich geführt ist. Durch Ver
schieben des Bügels in Fahrzeuglängsrichtung wird die Fahrzeug
längsdynamik gesteuert, während die Querdynamik durch Verdrehen
der beiden tellerartigen Handgriffe in der Fahrzeugquerebene be
einflußt wird.
Eine Bedienelementanordnung zur Längsbewegungssteuerung ist in
der älteren nicht vorveröffentlichten, deutschen Patentanmeldung DE 196 00 138
beschrieben, wobei dort die Steuerung mit einem handbetä
tigbaren Stellelement entsprechend einer Anordnung der eingangs
genannten Art in isometrischer, alternativ auch in aktiver Sy
stemauslegung vorgenommen wird.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung
einer Bedienelementanordnung der eingangs genannten Art zugrun
de, die dem Fahrzeugführer eine besonders komfortable Steuerung
der Längs- und der Querbewegung des Fahrzeugs ermöglicht.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer
Bedienelementanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei
dieser Anordnung dient das handbetätigbare Stellelement sowohl
zur Längs- als auch zur Querbewegungssteuerung, wobei es hin
sichtlich der Längsbewegungssteuerung isometrisch, d. h. in Fahr
zeuglängsrichtung fest stehend, und hinsichtlich der Querbewe
gungssteuerung in Fahrzeugquerrichtung beweglich, d. h. passiv
oder aktiv, ausgelegt ist. Diese Art der Systemauslegung für das
Bedienelement erleichtert dem Fahrer die Entkopplung der Betäti
gungskräfte für die Längsbewegungssteuerung einerseits und die
Querbewegungssteuerung andererseits, da sich das Stellelement
nur noch in Fahrzeugquerrichtung bewegt. Diese Entkopplung ver
hindert zuverlässig Mitkopplungseffekte zwischen den beiden Be
tätigungsrichtungen, so daß beispielsweise vermieden wird, daß
bei Aktivierung eines Bremsvorgangs versehentlich zusätzlich ein
Lenkeingriff ausgelöst wird.
Zudem wird durch die isometrische Stellelementauslegung hin
sichtlich der Längsbetätigungsrichtung vermieden, daß der Fahrer
nicht nur seine Hand, sondern den gesamten Unterarm vor- und zu
rückbewegen muß, wie dies bei in Längsrichtung beweglichen
Stellelementen der Fall ist. Die Stellelementbewegung in Fahr
zeugquerrichtung erfordert hingegen lediglich eine Drehung der
Hand oder des Unterarms bei unverändert bleibender Ellenbogenpo
sition. Vorteilhaft ist bei dieser Systemauslegung des weiteren,
daß sich die Stellelementposition in Fahrzeugquerrichtung durch
den Fahrer aufgrund der auf die Querebene eingeschränkten Stell
elementbeweglichkeit vergleichsweise leicht erfassen läßt. Bei
passiver Auslegung der Stellelementquerbewegung gibt die Querpo
sition des Stellelementes dem Fahrer eine Information über den
von ihm vorgegebenen Querbewegungs-Sollzustand für das Fahrzeug,
z. B. für den Lenkwinkel-Sollwert, während sie bei aktiver Ausle
gung eine Information über den Fahrzeugquerbewegungs-Istzustand
beinhaltet.
Bei einer nach Anspruch 2 weitergebildeten Bedienelementanord
nung ist eine aktive Systemauslegung gewählt, bei der die Fahr
zeugquerbewegung in Abhängigkeit von der Stellelementquerauslen
kung gesteuert wird, während die Rückmeldung über den Fahrzeug
querbewegungs-Istzustand durch Beaufschlagen des Stellelementes
mit einer entsprechenden Reaktionskraft erfolgt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeich
nung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Seiten
ansicht eines handbetätigbaren Stellelementes zur
Längs- und Querbewegungssteuerung eines Kraftfahr
zeuges.
In der Figur ist als hier interessierender Teil einer Bedienele
mentanordnung zur Steuerung der Längs- und der Querbewegung ei
nes Kraftfahrzeuges ein handbetätigbares Stellelement (1) ge
zeigt, das seitlich eines Fahrersitzbereiches an einem Mittel
konsolenabschnitt (2) angeordnet ist. Das Stellelement beinhal
tet eine Hülse (1b), die um eine zur Fahrzeuglängsachse paral
lele Drehachse (3) an der Mittelkonsole (2) drehbeweglich gela
gert ist, sowie ein handbetätigbares Griffteil (1a), das mit ei
nem Ende am Außenmantel der Hülse (1b) angelenkt ist und sich
von dort nach oben erstreckt. Die Griffteilanlenkung an der Hül
se (1b) ist so gewählt, daß das Griffteil (1a) in Fahrzeugquer
richtung mit der Hülse (1b) bewegungsstarr gekoppelt ist, wäh
rend es in Fahrzeuglängsrichtung an sich gegenüber der Hülse
(1b) um eine zur Fahrzeugquerachse parallele Achse (4) schwenk
beweglich wäre. Jedoch wird diese Schwenkbeweglichkeit durch ei
nen Kraftsensor (5) unterbunden, der einerseits bewegungsstarr
mit der Hülse (1b) und andererseits zur Sensierung von auf das
Griffteil (1a) in Fahrzeuglängsrichtung wirkenden Betätigungs
kräften mit dem Griffteil (1a) verbunden ist dem Kraftsensor
(5) ist eine nicht gezeigte Steuereinheit der Bedienelementan
ordnung nachgeschaltet, die auf die entsprechenden Stellelement
betätigungen hin die zugehörigen Längsdynamiksteuerungseingriffe
auslöst.
Das Bedienelement (1) ist auf diese Weise hinsichtlich seiner
Längsbetätigungsrichtung isometrisch ausgelegt, d. h. es ver
bleibt bei Einwirkung einer in Fahrzeuglängsrichtung wirkenden
Betätigungskraft durch die das Griffteil (1a) umfassende Hand
des Fahrers ortsfest, während die Betätigungskraft vom Kraftsen
sor (5) erfaßt und an die Steuereinheit weitergeleitet wird, die
daraufhin die Längsdynamik des Fahrzeugs entsprechend steuert.
Speziell erfolgt diese Längsbewegungssteuerung vorzugsweise so,
daß die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit beibehalten wird, solange
keine längsgerichtete Betätigungskraft auf das Bedienelement (1)
ausgeübt wird. Dies beugt Ermüdungen oder Verkrampfungen im
Hand-, Arm- oder Schulterbereich des Fahrers vor. Sobald der
Fahrer das Stellelement (1) an seinem Griffteil (1a) nach vorn,
d. h. Richtung Fahrzeugbug, drückt, löst die Bedienelementanord
nung einen Beschleunigungsvorgang aus, während sie analog einen
Verzögerungsvorgang einleitet, sobald der Fahrer eine nach hin
ten, d. h. Richtung Fahrzeugheck, gerichtete Zugkraft auf das
Stellelement (1) ausübt.
Hinsichtlich der Querbewegungssteuerung ist das Stellelement (1)
passiv ausgelegt, d. h. zum Lenken des Fahrzeugs wird das Stell
element in Querrichtung betätigt, wodurch es eine Drehbewegung
(D) um die Hülsendrehachse (3) ausführt und der Lenkwinkel in
Abhängigkeit vom Drehwinkel des Stellelementes (1) eingestellt
wird. Zu diesem Zweck ist der Hülse (1b) ein nicht gezeigtes
Drehpotensiometer zugeordnet, mit dem die Drehstellung der Hülse
(1b) sensiert wird. Die entsprechende Drehstellungsinformation
wird vom Drehpotentiometer zur Steuereinheit der Bedienelement
anordnung weitergeleitet, die den zugehörigen Lenkwinkel ein
steuert.
Alternativ kann eine aktive Auslegung der Stellelementquerbewe
gung vorgesehen sein, indem durch eine entsprechende Aktuatorik
ein der Querbetätigung entgegengerichtetes Reaktionsdrehmoment
auf das Stellelement (1) ausgeübt wird, dessen Höhe ein Maß für
den erreichten Lenkwinkel-Istwert ist. Als weitere Alternative
kann eine aktive Auslegung der Querbewegungsfunktionalität des
Stellelementes (1) auch dadurch realisiert werden, daß der Hül
se (1b) ein Drehmomentsensor zugeordnet und der Lenkwinkel in
Abhängigkeit vom auf die Hülse (1b) einwirkenden Betätigungs
drehmoment eingestellt wird. Gleichzeitig nimmt dann eine ent
sprechende Aktuatorik eine Drehauslenkung der Hülse (1b) und da
mit des gesamten Stellelementes (1) beispielsweise in Abhängig
keit des jeweils erreichten Lenkwinkel-Istwertes vor, die vom
Fahrer als Rückmeldungsinformation über den Fahrzeugquerbewe
gungs-Istzustand abfühlbar ist.
In jedem Fall ergibt sich, wie das beschriebene Ausführungsbei
spiel zeigt, für die erfindungsgemäße Bedienelementanordnung ei
ne für die Fahrzeugführung sehr vorteilhafte, funktionelle Ent
kopplung der jeweiligen Betätigungskräfte an dem einheitlichen
Stellelement für die Längs- bzw. die Querdynamiksteuerung des
Fahrzeugs. Zudem ist das sowohl zur Längs- als auch zur Querbe
wegungssteuerung dienende Stellelement vom Fahrer in ergonomisch
günstiger Weise handbetätigbar wodurch zudem die Notwendigkeit
eines Lenkrades sowie einer Gas- und Bremspedalerie entfällt.
Claims (3)
1. Bedienelementanordnung zur Steuerung der Längs- und der
Querbewegung eines Kraftfahrzeuges, mit
- - einem handbetätigbaren, in Fahrzeuglängsrichtung feststehend angeordneten Stellelement (1) mit dem die Fahrzeuglängsbewe gung in Abhängigkeit von der auf das Stellelement in Fahrzeug längsrichtung ausgeübten Betätigungskraft gesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - das Stellelement (1) außerdem zur Steuerung der Fahrzeugquerbe wegung dient und hierzu in Fahrzeugquerrichtung beweglich ange ordnet ist, wobei die Fahrzeugquerbewegung in Abhängigkeit von der Querauslenkung des Stellelementes oder in Abhängigkeit von der in Fahrzeugquerrichtung ausgeübten Betätigungskraft gesteu ert wird.
2. Bedienelementanordnung nach Anspruch 1, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
auf das Stellelement selbsttätig eine Reaktionskraft in Abhängig
keit vom Fahrzeugquerbewegungs-Istzustand ausgeübt wird.
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