DE19625497C1 - Bedienelementanordnung zur Steuerung der Längs- und der Querbewegung eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

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.