DE19849235B4 - Vorrichtung zum Betätigen und Steuern einer elektrischen Lenkmotorik - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Betätigen und Steuern einer elektrischen Lenk-Motorik eines Fahrzeuges, mit
einer Abstützvorrichtung (4) für mindestens Teile der Handwurzel und der Mittelhand einer Hand (14) eines Benutzers (36) und
einem Betätigungselement (6), das mit dem Daumen (16) oder einem Finger der an der Abstützvorrichtung (4) abgestützten Hand (14) bezüglich der Abstützvorrichtung (4) drehbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (6) zum Ausführen von Lenkbewegungen des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges drehbar ist und die Abstützvorrichtung (4) als auch die Mittelhand abstützender Griff oder Knauf ausgebildet ist, um ungewollte Lenkbewegungen nicht in die Lenkbewegung des Daumens oder Fingers weiterzuleiten.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen und Steuern einer elektrischen Lenk-Motorik nach Anspruch 1.
• Zum Betätigen und Steuern von Vorrichtungen sind Handräder und Lenkräder weit verbreitet und bekannt. Sie werden insbesondere zum Steuern von Fahrzeugen verwendet. Große Lenkräder erlauben eine gute Umsetzung von Lenk-Befehlen, nehmen im Bedienraum jedoch viel Platz ein und eigenen sich hauptsächlich für sitzende Bedienung. Je kleiner der Durchmesser des Lenkrads ist, desto schwieriger wird es, gleichzeitig präzise zu lenken (zum Beispiel eine Fahrt geradeaus genau zu halten) und schnelles Ausführen großer Lenkbewegungen (zum Beispiel rechtwinkliges Abbiegen) zu ermöglichen.
• Eine Verbesserung nach dem Stand der Technik sind kleine Lenkräder, welche mit einem Lenk-Knauf versehen und mit einer Unterarm-Stütze kombiniert sind. Diese Stützen schränken jedoch den Spielraum beim Bedienen ein, und Bewegungen des ganzen Unterarms werden bei stark reduziertem Durchmesser als unangenehm empfunden.
• Die WO 91/06903 zeigt eine Vorrichtung zum Betätigen und Steuern einer Lenk-Motorik eines Fahrzeuges nach Art eines Joysticks, bei welcher der Benutzer einen Griff mit der Hand umgreift und in dieser Position mit dem Daumen einen am Griff angeordneten drehbaren Schalter betätigen kann. Das Fahrzeug wird durch seitliches Verschwenken des Griffs gelenkt, während mit dem drehbaren Schalter die Untersetzungsstufen eine Getriebes gewechselt werden.
• In der US 3,941,009 ist eine Vorrichtung zum Betätigen einer Gangschaltung eines Fahrzeugs mit einer U-förmigen Konfiguration offenbart. Der eine Schenkel weist einen Griff auf, und am anderen Schenkel ist ein drehbares Betätigungselement zum Einstellen der Gänge angeordnet. Der Benutzer stützt seine Hand durch Umgreifen des Griffs ab und betätigt mit dem Daumen das drehbare Betätigungselement zum Wechseln der Gänge.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungsvorrichtung zum Steuern elektrisch angetriebener Fahrzeuge, zu schaffen, welche präzise bedienbar und platzsparend ist.
• Diese Aufgabe wird von einem Betätigungselement mit den in Anspruch 1 formulierten Merkmalen gelöst.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Abstützvorrichtung für mindestens Teile einer Hand eines Benutzers und eine drehbare Betätigungsvorrichtung auf, welche räumlich der Abstützvorrichtung derart zugeordnet ist, daß das Betätigungselement mindestens mit dem Daumen, vorzugsweise auch mit anderen Fingern der abgestützten Hand in seiner Drehbarkeit betätigbar ist.
• Das Betätigungselement ist vorzugsweise scheibenförmig, wobei die Scheibe derart zur Abstützvorrichtung ausgerichtet ist, daß der Daumen den Scheibenrand und/oder die ihm zugewandte Scheibenseite betätigen kann. Das Betätigungselement kann auch kurbelförmig sein.
• Vorzugsweise hat das Betätigungselement einen geriffelten Rand, damit der betätigende Finger den Rand besser greifen kann. Vorzugsweise weist das Betätigungselement außerhalb seiner Drehachse eine Mulde zur Aufnahme einer Fingerspitze auf, welche vorzugsweise am Betätigungselement selbst drehbar gelagert ist, wobei die Drehachse der Mulde vorzugsweise parallel zur Drehachse des Betätigungselements verläuft. Um die Haftung der Fingerspitze in der Mulde beziehungsweise an einer anderen betätigten Oberfläche des Betätigungselements zu verbessern, kann die entsprechende Oberfläche eine die Haftung unterstützende Struktur aufweisen. Dies kann vorzugsweise eine Oberfläche aus Gummi, die zum Beispiel mit Noppen versehen ist, sein. Auch die Abstützvorrichtung kann eine solche Oberfläche aufweisen.
• Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei der die Drehachse des Betätigungselements durch die Daumenwurzel verläuft. Dies erleichtert die Betätigung des Betätigungselements, weil so der Daumen nur um die Daumenwurzel gedreht werden muß, während die Daumenspitze in das Betätigungselement, zum Beispiel in der Mulde, greift. Alternativ kann die Drehachse auch zum Beispiel durch das distale Daumengelenk verlaufen, wodurch dann bei Betätigung eine Bewegung in allem Gelenken des Daumens stattfindet.
• Alternativ oder in Ergänzung zur Mulde kann das Betätigungselement in der zum Daumen gewandten Scheibenseite eine durch die Drehachse radial verlaufende Rille zur Aufnahme einer Fingerspitze aufweisen. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die Daumenkuppe in der Rille in verschiedenen Abständen zur Drehachse des Betätigungselements positionierbar ist: dicht an der Drehachse für schnelle, weite Auslenkungen oder weiter außen für langsame, präzise Lenkbewegungen.
• Die Abstützvorrichtung zum Abstützen der Hand ist ein Griff oder Knauf, welcher von der Hand umfaßbar ist. Ungewollte Lenkbewegungen, die zum Beispiel durch ein Schwanken des Benutzers während der Fahrt hervorgerufen sein können, werden dadurch vorteilhafterweise nicht in die Lenkbewegung des Daumens am Betätigungselement weitergeleitet.
• Die Abstützvorrichtung kann weitere Betätigungselemente, insbesondere Tasten und/oder Schalter aufweisen, welche weitere Steuer-Funktionen ausführen und ebenfalls von den Fingern der Hand betätigbar sind.
• Das Betätigungselement ist mit einem elektrischen Sensor, vorzugsweise einem Potentiometer oder einem Schrittmotor, verbunden, welcher durch die Drehung des Betätigungselements selbst gedreht wird, was bekannte elektrische Funktionen bewirkt.
• Besonders vorteilhaft ist die Steuervorrichtung in einem Steuersystem zur Lenkung elektrisch angetriebener Fahrzeuge verwendet, wobei das System eine Steuer-Elektronik, welche die Signale aus der Steuervorrichtung verarbeitet, sowie eine Lenk-Motorik vorzugsweise mit einem Servo-Motor oder einem Hydraulik-Antrieb aufweist.
• Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
• 1 zeigt eine räumliche Ansicht einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung.
• 2 zeigt eine teilweise geschnittene Draufsicht auf die Vorrichtung nach 1 mit der Hand eines Benutzers.
• 3 zeigt Draufsichten auf zwei Ausführungsbeispiele der Integration der Vorrichtung nach 1 in Fahrzeug-Cockpits.
• 4 bis 6 zeigen alternative Ausführungsformen der Steuervorrichtung nach 1.
• 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung 2 zum Betätigen und Steuern von elektrischen Schaltungen, die hier zum Steuern eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs beschrieben wird. Die Vorrichtung 2 weist eine Abstützvorrichtung in Form eines Knaufs 4 und eine scheibenförmige Betätigungsvorrichtung 6 auf. Das Betätigungselement 6 ist drehbar an einem Gehäuse 8 gelagert, an welchem auch der Knauf 4 befestigt ist. Das Gehäuse 8 ist dazu L-förmig mit einem senkrechten Abschnitt 10 und einem waagerechten Abschnitt 12, von dem der senkrechte Abschnitt 10 emporragt. Auf dem Ende des waagerechten Abschnitts 12 ist der Knauf 4 angebracht. Das Betätigungselement 6 ist auf der zum Knauf weisenden Seite des senkrechten Abschnitts 10 angebracht.
• Wenn mit Bezug auf 2 die Hand 14 eines Benutzers den Knauf 4 greift, kann durch die beschriebene Anordnung der Elemente der Daumen 16 der Hand 14 das Betätigungselement 6 erreichen und dieses um eine Drehachse 18 drehen, welche durch die Daumenwurzel 20 verläuft. Der Daumen 16 führt dabei eine Bewegung aus, welche durch die gestrichelt dargestellten Positionen des Daumens 16 angedeutet ist.
• Um die beschriebene Funktion zu gewährleisten, ist eine der Anatomie einer Hand entsprechende Positionierung des Knaufs 4 zur Betätigungsvorrichtung 6 wesentlich. Deshalb kann der Knauf 4 Einstellvorrichtungen (nicht dargestellt) aufweisen, welche ermöglichen, daß die Position des Knaufs 4 bezüglich des Betätigungselements 6 für Benutzer mit unterschiedlich großen Händen einstellbar ist, um eine Betätigung möglichst ergonomisch zu gewährleisten.
• Um eine möglichst bequeme Betätigung des Betätigungselements 6 mit dem Daumen 16 zu ermöglichen, hat das Betätigungselement nach 1 eine Mulde 22 für die Kuppe des Daumens mit Noppen 24 auf dem Grund der Mulde 22. Die Mulde 22 ist außerhalb der Drehachse 18 des Betätigungselements 6 drehbar um eine Drehachse gelagert, welche parallel zur Drehachse 18 des Betätigungselements 6 verläuft. Die Mulde 22 mit den Noppen 24 bietet so einen bequem erreichbaren Angriffspunkt für die Daumenkuppe zur Betätigung der Drehung des Betätigungselements 6 um seine Drehachse.
• Die Drehung des Betätigungselements 6 wird durch eine Welle 26 auf ein Potentiometer 28 übertragen, welches elektrische Steuersignale erzeugt, die durch Kabel 30 an eine Steuer-Elektronik (nicht dargestellt) weitergegeben werden.
• Die Steuervorrichtungen nach 4 bis 6 unterscheiden sich von der Steuervorrichtung nach 1 nur durch die Gestaltung der Betätigungsvorrichtung. Das Betätigungselement 6a nach 4 hat einen geriffelten Rand 32, um das Greifen des Betätigungselements 6a auch mit anderen Fingern der Hand zu unterstützen. Hierbei wird zwar in Kauf genommen, daß die Abstützung der Hand vorübergehend teilweise aufgegeben wird, diese kann aber zum Beispiel bei langsamer Fahrt nicht in vollem Um fang erforderlich sein, während eine noch präzisere Betätigung des Betätigungselements 6a mit mehreren Fingern dann gerade erforderlich ist.
• 5 zeigt eine kurbelförmige Ausführungsform des Betätigungselements 6b. Hier liegt ein Ende der Kurbel 6b im Bereich der Drehachse des Betätigungselements 6b, während das andere Ende der Kurbel die Mulde 22 für die Daumenkuppe aufweist.
• 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der das scheibenförmige Betätigungselement 6c eine radial verlaufende Rille 34 in der Scheibenseite aufweist, welche dem Knauf 4 und daher dem Daumen 16 der Hand 14 zugewandt ist. In der Rille 34 kann die Daumenkuppe dicht an der Drehachse für schnelle, weite Auslenkungen oder weiter außen für langsame, präzise Lenkbewegungen plaziert werden. Zusätzlich zur Rille 34 kann die scheibenförmige Betätigungsvorrichtung 6c eine Mulde entsprechend 1, 2, 4 oder 5 aufweisen.
• 3 zeigt die Integration der Vorrichtung 2 nach 1 und 2 in das Cockpit eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Die beiden Ausführungsbeispiele nach 3 zeigen ein Cockpit, in welchem der Benutzer 36 sitzt (3 links) und ein Cockpit, in welchem der Benutzer 36 steht (3 rechts). In beiden Fällen ist erkennbar, daß die Vorrichtung 2 so positioniert ist, daß der wie üblich sitzende oder stehende Benutzer 36 sie mit seiner linken Hand 14 wie beschrieben in anatomisch günstiger Position erreichen kann. Die Vorrichtung 2 weist dazu Einstellvorrichtungen (nicht dargestellt) auf, an denen die Position der Vorrichtung 2 im Cockpit vom Benutzer 36 individuell einstellbar ist. Dies können wie bei der oben beschriebenen Einstellvorrichtung zwischen Knauf 4 und Gehäuse 8 Verschraubungen in Langlöchern, Schnellverschlüsse, Spannverschlüsse, Klettverbindungen oder beliebige andere lösbare Verbindungen sein.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Betätigen und Steuern einer elektrischen Lenk-Motorik eines Fahrzeuges, mit einer Abstützvorrichtung (4) für mindestens Teile der Handwurzel und der Mittelhand einer Hand (14) eines Benutzers (36) und einem Betätigungselement (6), das mit dem Daumen (16) oder einem Finger der an der Abstützvorrichtung (4) abgestützten Hand (14) bezüglich der Abstützvorrichtung (4) drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (6) zum Ausführen von Lenkbewegungen des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges drehbar ist und die Abstützvorrichtung (4) als auch die Mittelhand abstützender Griff oder Knauf ausgebildet ist, um ungewollte Lenkbewegungen nicht in die Lenkbewegung des Daumens oder Fingers weiterzuleiten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützvorrichtung (4) und das Betätigungselement (6) an einem L-förmigen Gehäuse (8) mit einem waagrechten Abschnitt (12) und einem senkrechten Abschnitt (10) angebracht sind, wobei die Abstützvorrichtung (4) an dem wagrechten Abschnitt (12) und das Betätigungselement (6) auf der zur Abstützvorrichtung weisenden Seite des senkrechten Abschnittes (10) in einer die Drehung des Betätigungselementes durch Daumen oder Finger ermöglichenden Position angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch, wobei das Betätigungselement (6, 6a, 6c) scheibenförmig und mindestens im Bereich des Scheibenrands (32) und/oder einer Scheibenseite betätigbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, wobei das Betätigungselement (6b) kurbelförmig ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Betätigungselement (6a) einen geriffelten Rand (32) hat.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Betätigungselement (6, 6a, 6b) außerhalb seiner Drehachse (18) eine Mulde (22) zur Aufnahme einer Fingerspitze aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Mulde (22) am Betätigungselement (6) drehbar gelagert ist, wobei die Drehachse der Mulde (22) im wesentlichen parallel zur Drehachse (18) des Betätigungselements (6) ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Oberfläche des Betätigungselements (6, 6a bis c) und/oder der Mulde (22) eine die Haftung der Fingerspitze unterstützende Struktur (24) aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Betätigungselement (6c) in einer betätigbaren Außenfläche eine durch die Drehachse (18) radial verlaufende Rille (34) zur Aufnahme einer Fingerspitze aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Drehachse (18) des Betätigungselements durch die Wurzel (20) des Daumens oder des jeweiligen Fingers der abgestützten Hand (14) verläuft.
11. Vorrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 10, wobei die Abstützvorrichtung (4) von der Hand (14) umfaßbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Abstützvorrichtung weitere Betätigungselemente, insbesondere Tasten und/oder Schalter aufweist, welche von den Fingern der abgestützten Hand betätigbar sind.
13. Vorrichtung aus einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Betätigungselement (6, 6a-c) einen elektrischen Sensor, insbesondere ein Potentiometer (28) oder einen Schrittmotor, betätigt.
14. Steuersystem zur Lenkung elektrisch angetriebener Fahrzeuge mit – der Steuervorrichtung (2, 2a-c) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, – einer Steuer-Elektronik und – einer Lenk-Motorik mit einem Servo-Motor oder einem Hydraulikzylinder-Antrieb.