Die
Erfindung betrifft ein Fahrdynamik-Bedienorgan für ein Kraftfahrzeug mit Übermittlung
des vom Fahrer vorgegebenen Wunsches auf elektronischem Wege über Sensoren,
die sowohl den vom Fahrer veranlassten Weg des Bedienorgans als
auch die vom Fahrer auf das Bedienorgan aufgebrachte Kraft ermitteln,
wobei die ermittelten Sensorwerte in einer Steuereinheit miteinander
verglichen werden. Zum bekannten Stand der Technik wird beispielshalber
auf die US 2001/0035679 A1 verwiesen.
Unter
dem hier verwendeten Begriff eines Fahrdynamik-Bedienorgans können sämtliche
Bedienorgane in einem Kraftfahrzeug verstanden werden, mit denen
der Fahrer seinen Wunsch einer Änderung
der Fahrdynamik an ein geeignetes Stellglied weitergibt. Ein Beispiel
für ein
solches Fahrdynamik-Bedienorgan ist das bekannte Bremspedal, durch
dessen Betätigung
der Fahrer das sich bewegende Kraftfahrzeug verzögern kann, oder ein Fahrpedal
oder Gaspedal, mit dem der Fahrer eine gewünschte Beschleunigung oder
Fahrgeschwindigkeit vorgibt. Aber auch ein Lenkrad oder ein joystick-ähnliches
Bedienorgan oder dgl., mit dem der Fahrer eine Lenkbewegung des
Kraftfahrzeugs steuern kann, soll unter den Begriff des Fahrdynamik-Bedienorgans
fallen.
Die
vorliegende Erfindung befasst sich nun mit solchen Bedienorganen,
mit denen der an diesen eingestellte Fahrerwunsch auf elektrisch/elektronischem
Wege über
geeignete Sensoren ermittelt und über eine elektronische Steuereinheit
unter geeigneter Signalbearbeitung solcherma ßen umgesetzt wird, indem diese elektronische
Steuereinheit einen geeigneten Aktuator ansteuert. Die vorliegende
Erfindung kann somit in Verbindung mit der sog. x-by-wire-Technologie
eingesetzt werden, wobei „x" insbesondere für „brake" oder „drive" oder „steer" stehen kann, um
die wesentlichen vom Fahrer vorgebbaren Fahrdynamikgrößen zu nennen,
nämlich
Bremsen, Beschleunigen und Lenken. Allerdings ist die vorliegende
Erfindung ausdrücklich
nicht auf einen solchen Einsatz beschränkt; vielmehr ist ein Einsatz
grundsätzlich
an Bedienorganen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 möglich, d.h.
auch an solchen, bei denen der Fahrerwunsch weiterhin mechanisch übermittelt wird,
bei denen jedoch anhand von Sensorsignalen in einer elektronischen
Steuereinheit eine geeignete Überarbeitung
des Fahrerwunsches oder eines entsprechenden Ausgangssignals erfolgen
kann.
Bei
der Ermittlung und Übermittlung
des Fahrdynamik-Wunsches eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs auf
elektronischem Wege handelt es sich um eine hoch-sicherheitsrelevante
Prozedur, bei der irgendwelche Fehlerquellen bestmöglich ausgeschlossen
sein sollen. Aus diesem Grunde wurde bereits in unterschiedlichen Ausgestaltungen
vorgeschlagen, zumindest zwei voneinander zunächst im wesentlichen unabhängige Sensoren
am Bedienorgan zur Sensierung des Fahrerwunsches vorzusehen. Besonders
sinnvoll erscheint hierbei das Konzept, auch unterschiedliche Sensortypen
vorzusehen, nämlich
zumindest einen sog. Kraft-Sensor sowie zumindest einen sog. Weg-Sensor.
Dabei kann der Begriff „Kraft-Sensor" als Oberbegriff
für unterschiedlichste
Ausbildungen sog. kinetischer Sensoren verstanden werden, mit denen
die kinetische Vorgabe des Fahrers praktisch direkt ermittelt werden
kann, während
der Begriff „Weg-Sensor" ebenfalls als Oberbegriff
für unterschiedlichste
Ausbildungen sog. kinematischer Sensoren verstanden werden kann,
mit denen also die kinematischen Auswirkungen der vom Fahrer mit
der Betätigung
des Bedienorgans aufgebrachten kinetischen Energie ermittelt werden
können.
In
der eingangs genannten Schrift ist nun ein Kraftfahrzeug-Bremspedal
mit einem Weg-Sensor und einem Kraft-Sensor vorgeschlagen, wobei
die jeweiligen Sensorwerte geeignet überarbeitet miteinander verglichen
werden und nur der betragsmäßig größere der
beide Werte herangezogen wird, so dass insbesondere ein Sensor-Fehler,
der zu einem Sensorsignal vom Wert „Null" führen
würde,
keine negative Auswirkung haben kann.
In
der Erkenntnis, dass es neben einem solchen Sensor-Fehler noch eine
Vielzahl weiterer Fehlermöglichkeiten
geben kann, in denen weiterhin der Fahrerwunsch bestmöglich ermittelt
werden soll, um in oder über
eine elektronische Steuereinheit geeignet überarbeitet einen entsprechenden
Aktuator geeignet ansteuern zu können,
sollen hiermit geeignete Maßnahmen
aufgezeigt werden, mit Hilfe derer auch praktisch alle weiteren
Fehlerquellen abgedeckt werden können,
und insbesondere solche, bei denen sog. mechanische Probleme am
Betätigungsorgan
auftreten, also beispielsweise ein Klemmen eines Pedals oder dgl.
(= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).
Eine
erste Lösung
dieser Aufgabe ist für
ein Fahrdynamik-Bedienorgan nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
dadurch gekennzeichnet, dass eine Werte-Zuordnung zwischen dem sog.
Kraft-Sensor und dem sog. Weg-Sensor
vorgesehen ist, und dass bei einer signifikanten Abweichung der
Sensor-Werte dieser Sensoren mit Ausnahme desjenigen Falles, dass
eine nennenswerte Werte-Änderung
am Weg-Sensor, nicht jedoch am Kraft-Sensor festgestellt wird, ausschließlich der
Wert des Kraft-Sensors zur Ermittlung des Fahrerwunsches herangezogen
wird.
Eine
zweite Lösung
dieser Aufgabe ist für
ein Fahrdynamik-Bedienorgan nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
dadurch gekennzeichnet, dass eine Werte-Zuordnung zwischen dem sog.
Kraft-Sensor und dem sog. Weg- Sensor
vorgesehen ist, und dass bei einer signifikanten Abweichung der
Sensor-Werte dieser Sensoren solange, als eine Werte-Änderung
am Weg-Sensor festgestellt
wird, dessen Signal zur Ermittlung des Fahrerwunsches herangezogen
wird, während
dann, wenn eine nennenswerte Werte-Änderung
am Kraft-Sensor, nicht jedoch am Weg-Sensor festgestellt wird, das
Signal des Kraft-Sensors zur Ermittlung des Fahrerwunsches herangezogen
wird.
Erfindungsgemäß ist zunächst eine
sog. Werte-Zuordnung zwischen dem sog. Kraft-Sensor und dem sog.
Weg-Sensor des Bedienorgans vorgesehen, d.h. zumindest eine niedergelegte
Angabe darüber,
welche Sensor-Messwerte
sich an dem (oder den) Weg-Sensor(en) einstellen bzw. einstellen
sollten, wenn der (oder die) Kraft-Sensor(en) bestimmte Messwerte
ermitteln bzw. umgekehrt. Das Sensor-System des Bedienorgans wird
hierfür
also zunächst
(unter zumindest einer Randbedingung, ggf. jedoch auch in Abhängigkeit
von verschiedenen Randbedingungen) kalibriert, woraus bspw. eine
tabellarische Zuordnung entstehen kann, die für bestimmte Sensor-Werte des
Weg-Sensors bestimmte Sensor-Werte des Kraft-Sensors bzw. umgekehrt
enthält.
Ergeben sich dann im realen Betrieb hiervon abweichende Werte-Zuordnungen,
also bspw. erheblich niedrigere Sensor-Werte des Wegsensors bei
bestimmten Messwerten des Kraft-Sensors,
so kann hieraus bspw. auf ein Klemmen des Bedienorgans geschlossen
werden.
Nun
gilt es, für
einen solchen oder einen anderen Fehlerfall, also stets dann, wenn
die sog. Werte-Zuordnung zwischen dem Kraft-Sensor und dem Weg-Sensor nicht eingehalten
wird, eine sinnvolle Strategie zu finden, wie mit dieser vorliegenden
Diskrepanz zwischen den Sensorwerten umzugehen ist. Nach einem ersten
Vorschlag wird dem Kraft-Sensor die größte Bedeutung beigemessen,
d.h. praktisch in allen Fällen,
in denen eine Änderung
des Kraftsensor-Signals vorliegt, zu welchem das Wegsensor-Signal
nicht korreliert, wird ausschließlich das Mess-Signal des Kraft-Sensors
zur Detektierung des Fahrerwunsches benutzt. Selbst wenn das Bedienorgan
vollständig
blockiert ist, kann der Fahrer auf diese Weise durch unterschiedliche
Anpresskraft seinen jeweiligen Wunsch vermitteln. Lediglich in denjenigen
Fällen,
in denen der Weg-Sensor eine Signal- oder Werte-Änderung
feststellt, der Kraft-Sensor hingegen nicht, kann darauf geschlossen
werden, dass am Kraft-Sensor ein Defekt vorliegt, so dass dann alleinig
auf das Sensor-Signal des Weg-Sensors zugegriffen wird. Alternativ
ist es jedoch auch möglich,
dass immer dann, wenn am Weg-Sensor eine nennenswerte Werte-Änderung
des Sensor-Signals festgestellt wird, dieses (bei Abweichung von
der vorgegebenen Werte-Zuordnung) als alleiniges Sensor-Signal herangezogen
und weiterverarbeitet wird, und dass erst dann, wenn trotz einer
nennenswerten Werte-Änderung
des Sensor-Signals des Kraft-Sensors keine oder nahezu keine Werte-Änderung
des Weg-Sensor-Signals
festgestellt wird, das Signal des Kraft-Sensors zur Ermittlung des Fahrerwunsches
herangezogen wird. Damit wird also immer dann, wenn das Bedienorgan
vom Fahrer tatsächlich
bewegt wird (und die festgelegte Werte-Zuordnung nicht eingehalten wird), dem „kinematischen" Weg-Sensor der Vorrang
gegenüber
dem „kinetischen" Kraft-Sensor gegeben.
Wenn
in der bisherigen Beschreibung von einer Abweichung von der Werte-Zuordnung zwischen
den Messwerten des Kraft-Sensors einerseits und den Messwerten des
Weg-Sensors andererseits gesprochen wird, so ist hierbei (selbstverständlich)
eine gewisse Toleranz zu berücksichtigen,
ehe tatsächlich
eine solche Abweichung, d.h. eine fehlende Korrelation festgestellt
wird. Ferner sei darauf hingewiesen, dass in den Fällen, in
denen die sog. Werte-Zuordnung
(innerhalb eines angemessenen Toleranzbandes) eingehalten ist, die Sensor-Signale
beider bzw. aller Sensoren für
die Interpretation und Umsetzung des Fahrerwunsches herangezogen
werden. Ebenso sei darauf hingewiesen, dass – obwohl hier im wesentlichen
nur von zwei Sensoren gesprochen wird – auch mehrere Sensoren vorgesehen
sein können,
wobei dann mehr als ein Sensor als sog. Weg-Sensor und/oder als
sog. Kraft-Sensor
fungieren können.
Als repräsentativer
Wert dieser mehreren Weg-Sensoren
oder Kraft-Sensoren kann dann der jeweilige Mittelwert oder ein
jeweiliger Maximalwert ausgewählt
werden. Dabei können
durchaus unterschiedliche Messprinzipien für die mehreren Weg-Sensoren und/oder
Kraft-Sensoren vorgesehen sein. Für die Kraft-Sensoren bzw. „kinetischen" Sensoren können dann Kraftaufnehmer
beliebiger Bauart (bspw. film-resistiv oder kapazitiv) verwendet
werden, und auch für
die Weg-Sensoren bzw. kinematischen Sensoren können unterschiedliche Messprinzipien
verwendet werden, so bspw. Potentiometer, Beschleunigungsmesser,
Kreiselsensoren oder optische Sensoren, mit denen die Bewegung oder
Position eines Elementes des Bedienorgans festgestellt werden kann.
Die
Auswertung und Weiterberarbeitung der Signale der Sensoren b und
c (bzw. der hier sog. Sensor-Werte) erfolgt dann wie weiter oben
beschrieben in einer nicht dargestellten elektrischen Steuereinheit,
die daraufhin ebenfalls nicht gezeigte Bremsaktuatoren geeignet
ansteuert. Wenn dabei eine signifikante Diskrepanz zwischen den
Signalen der Sensoren b und c festgestellt wird, die die vorgegebene
Werte-Zuordnung für die
sog. Sensor- Werte
um ein vorgegebenes Maß überschreitet,
so wird wie bereits ausführlich
erläutert
vorgegangen, d.h. es wird nur mehr eines der Sensor-Signale berücksichtigt
und weiterverarbeitet. Dabei kann für den Fall, dass eine nennenswerte
Werte-Änderung
am Kraftsensor und eine damit nicht korrelierende Werte-Änderung
am Weg-Sensor festgestellt wird, das Signal des Weg-Sensors auch
nur in den Fällen
alleinig verwendet werden, in denen die Abweichung zwischen den
Signalen bzw. Sensor-Werten ein gewisses Maß nicht überschreitet. Ist die Abweichung
zwischen den Signalen jedoch sehr hoch, so sollte dem Kraft-Sensor
bzw. dessen Signal der Vorzug gegeben werden.
Im übrigen können in
einem solchen Fehlerfall, in dem also die Abweichung zwischen den
Signalen oder Werten des oder der Weg-Sensor(en) von den Signalen
oder Werten des oder der Kraft-Sensor(en) ein durch eine Werte-Zuordnung vorgegebenes
Maß überschreitet,
geeignete entsprechende Hinweise an den Fahrer des Kraftfahrzeugs
gegeben werden, bspw. in visueller oder taktiler Form, jedoch kann
dies sowie eine Vielzahl weiterer Details insbesondere konstruktiver
Art durchaus abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein, ohne
den Inhalt der Patentansprüche
zu verlassen. Beispielsweise ist es auch möglich, in den Fällen, in
denen ein Fehler irgendeiner Art erkannt und demzufolge nur einer
der (beiden) Sensoren, nämlich
entweder nur der (oder die) Weg-Sensor(en) oder nur der (oder die)
Kraft-Sensor(en) zur Erkennung und Weiterverarbeitung des Fahrerwunsches
herangezogen wird (bzw. werden), eine andere, besser geeignete Sensor-Kennlinie
zur Interpretation des Fahrerwunsches heranzuziehen, als wenn kein
solcher Fehler festgestellt wird und demzufolge die Signale beider
Sensoren berücksichtigt
werden.
Weiterhin
sollte bei der Anordnung der Sensoren, nämlich des (oder der) Kraft-Sensors/(en)
und/oder des (oder der) Weg-Sensors/(en) darauf geachtet werden,
dass eine im wesentlichen starre Verbindung oder Kopplung mit dem
Bedienorgan vorliegt, damit diese Sensoren, soweit sie selbst funktionstüchtig sind,
jeweils realistische Werte für
den Fahrerwunsch aufnehmen bzw. wiedergeben können. Es soll somit jegliche
mögliche
Fehlerquelle zwischen einer Betätigung
des Bedienorgans und dem diese Betätigung aufnehmenden Sensorsignal
durch eine starre Kopplung vermieden werden. Für den oder die Kraft-Sensor(en)
bedeutet dies, dass diese(r) derart anzuordnen ist/sind, dass der
Fahrer auch bei kinematisch nicht funktionstüchtigem Bedienorgan im wesentlichen
auf diese(n) Sensor(en) einwirken kann. Im Falle eines Pedals sollte
der Kraftsensor somit direkt auf der Pedalplatte angeordnet sein.
Auch der (oder die) Weg-Sensoren
sollte(n) entsprechend angeordnet sein, im Falle eines Pedals also
bspw. direkt auf der Pedal-Achse, die starr mit dem Pedal verbunden
und geeignet aufgehängt
ist.
