DE102006006995A1

DE102006006995A1 - Kraftfahrzeug umfassend ein Lenkrad und ein ein- und ausschaltbares Autopilot-System

Info

Publication number: DE102006006995A1
Application number: DE102006006995A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Meurle
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2026-02-16
Also published as: DE102006006995B4

Abstract

Kraftfahrzeug, umfassend ein Lenkrad und ein ein- und ausschaltbares Autopilot-System, wobei das Lenkrad (2, 2a, 2b, 2c) in Abhängigkeit des Betriebszustands des Autopilot-Systems (3) zwischen einer geometrisch kleinen Form bei eingeschaltetem Autopilot-System (3) und einer geometrisch großen Form bei ausgeschaltetem Autopilot-System (3) automatisch verstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug umfassend ein Lenkrad und ein ein- und ausschaltbares Autopilot-System.

Ein Autopilot-System in einem Kraftfahrzeug soll in Zukunft einen automatischen Fahrbetrieb ermöglichen, bei dem der Fahrer nicht unbedingt mehr selbst lenken muss, vielmehr übernimmt das Autopilot-System selbst den Lenkbetrieb. Der Fahrer muss jedoch in bestimmten Situationen, wo seine Mithilfe gefordert ist, eingreifen und mithin wieder selbst die Kontrolle über das Fahrzeug übernehmen. Ist das Autopilot-System folglich aktiv, muss der Fahrer die Hände nicht mehr am Lenkrad haben. Dieses befindet sich jedoch nach wie vor noch in seiner Lenkposition. Dies ist dahingehend nachteilig, als der Fahrer, der ja eigentlich in den Lenkbetrieb nicht eingreifen braucht und unüblicherweise die Hände dann eben nicht am Lenkrad hat, durch eine Bewegung ungewollt an das Lenkrad stoßen kann, so dass dieses unkoordiniert bewegt wird und es zu einem Eingriff in den ansonsten automatisch ablaufenden Lenkbetrieb kommt.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Kraftfahrzeug anzugeben, das derartige Nachteile vermeidet.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Lenkrad in Abhängigkeit des Betriebszustands des Autopilot-Systems zwischen einer geometrisch kleinen Form bei eingeschaltetem Autopilot-System und einer geometrisch großen Form bei ausgeschaltetem Autopilot-System automatisch verstellbar ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug variiert also die Lenkradgröße in Abhängigkeit davon, ob das Autopilot-System eingeschalten ist, mithin also der Autopilot das Fahrzeug selbst lenkt, oder ob dieses Autopilot-System ausgeschaltet ist und zwangsläufig der Fahrer selbst lenken muss. Ist das Autopilot-System eingeschaltet, so nimmt das Lenkrad automatisch eine geometrisch kleine Form ein, woraus zwangsläufig resultiert, dass das Lenkrad weniger Raum einnimmt und folglich der Fahrer nicht so leicht unbeabsichtigt an das Lenkrad stoßen kann. Wenn der Fahrer selbst lenken muss oder aus dem automatischen Lenkbetrieb heraus schnell die Lenkkontrolle selbst übernehmen muss, wird das Lenkrad automatisch wieder in eine geometrisch große Form zurückgestellt, so dass der Fahrer mühelos wieder am Lenkrad in der gewohnten Größe angreifen kann. Dieser automatische Verstellbetrieb erfolgt über eine entsprechende Steuerungseinrichtung, die geeignete Aktoren an dem Lenkrad, die für den Verstellbetrieb zuständig sind, ansteuert. Bei dieser Steuerungseinrichtung kann es sich gegebenenfalls um die des Autopilot-Systems selbst handeln, gegebenenfalls ist aber auch eine separate Steuerungseinrichtung, die mit der Steuerungseinrichtung des Autopilot-Systems kommuniziert, vorgesehen.

In Weiterbildung der Erfindung kann das Lenkrad zwei bezüglich einer Basis beweglich gelagerte Abschnitte aufweisen, die zwischen einer eingefahrenen Stellung unter Bildung der geometrisch kleinen Form und einer ausgefahrenen Stellung unter Bildung einer geometrisch großen Form verstellbar sind. Die Basis ist entweder mit der üblichen Lenksäule verbunden oder entsprechend drehgelagert und mit der Sensorik eines steer-by-wire-Systems gekoppelt. An der drehgelagerten Basis wiederum sind die beiden Abschnitte, die in ihrer Position relativ zur Basis verstellt werden können, angeordnet. Dabei können die beiden Abschnitte schwenkbar an der Basis gelagert sein, alternativ können sie auch linear verschiebbar an der Basis gelagert sein.

Zum Verstellen der Lenkradgröße sind zweckmäßigerweise ein oder mehrere Stellmotoren vorgesehen, die über die Steuerungseinrichtung entsprechend angesteuert werden.

Nachdem bei Einschalten des Autopilot-Systems der Übergang von der geometrisch großen Form in die geometrisch kleine Form mehr oder weniger langsam vonstatten gehen kann, nachdem es sich bei dieser Situation üblicherweise nicht um eine kritische Fahrsituation handelt, muss umgekehrt der Übergang von der geometrisch kleinen in die geometrisch große Form sehr schnell vonstatten gehen. Denn es ist mitunter möglich, dass das Autopilot-System eine Situation erkennt, in der zwangsläufig die Mitwirkung oder alleinige Kontrollübernahme des Lenkbetriebs durch den Fahrer gefordert ist. In diesem Fall muss das Lenkrad mehr oder weniger schlagartig von der geometrisch kleinen in die geometrisch große Form wechseln. Das Autopilot-System schaltet sich in diesem Fall aus bzw. fordert den Fahrer zur Übernahme der Kontrolle auf, was ebenfalls unter den Begriff „Ausschalten" des Autopilot-Systems verstanden wird. Um diesen unterschiedlichen Verstellgeschwindigkeiten Rechnung zu tragen, sieht eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass der oder die Stellmotoren zum Bewegen lediglich zum Verstellen des Lenkrads von der geometrisch großen in die geometrisch kleine Form dienen, während zum Verstellen des Lenkrads von der geometrisch kleinen Form in die geometrisch große Form ein automatisch entriegelbarer Kraftspeicher, insbesondere in Form eines oder mehrerer Federelemente, vorgesehen ist. Die Stellmotoren bewegen die beiden Abschnitte lediglich von der ausgefahrenen in die eingefahrene Stellung, nachdem diese Bewegung nicht zwingend schnell vonstatten gehen muss. Während dieser Bewegung wird beispielsweise ein Kraftspeicher aufgeladen, der jedoch zunächst verriegelt ist. Beim Ausschalten oder in einer Situation, in der sehr schnell wieder die geometrisch große Form eingenommen wird, wird der oder werden die beiden Kraftspeicher entriegelt, über sie, beispielsweise die beiden entspannenden Federelemente, werden die beiden Abschnitte in extrem kurzer Zeit wieder in die ausgefahrene und verriegelte Stellung bewegt, so dass das Lenkrad in der üblichen Größe zur Steuerungsübernahme durch den Fahrer wieder habbar ist. Als Federelemente kommen beispielsweise Schraubenfedern oder dergleichen zum Einsatz.

Dabei können die Abschnitte mit jeweils einem gemeinsamen Stellmotor oder mit jeweils einem separaten Stellmotor gekoppelt sein, wobei auch die Ab schnitte mit einem gemeinsamen Kraftspeicher, insbesondere einem Federelement, oder mit jeweils einem separaten Kraftspeicher, insbesondere Federelement, gekoppelt sein können. Es kann also jedem Abschnitt ein separater Stellmotor zugeordnet sein, beide können aber auch über einen gemeinsamen Stellmotor bewegt werden, Entsprechendes gilt für die Kraftspeicher.

Häufig sind Lenkräder auch längsverstellbar, das heißt, sie können zum oder vom Armaturenbrett bewegt werden. In einem solchen Fall ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Lenkrad in Abhängigkeit des Betriebszustands des Autopilot-Systems zwischen einer eingefahrenen Stellung bei eingeschaltetem Autopilot-System und einer ausgefahrenen Stellung bei ausgeschaltetem Autopilot-System automatisch verstellbar ist. Das Lenkrad wird also hier nicht nur in seiner geometrischen Form variiert, sondern auch in seiner Relativposition zum Armaturenbrett bzw. zum Fahrer, es wird also ein- oder ausgefahren, abhängig vom Betriebszustands des Autopilot-Systems.

Handelt es sich zusätzlich noch um ein höhenverstellbares System, so kann dieses in Weiterbildung der Erfindung ferner in Abhängigkeit des Betriebszustands des Autopilot-Systems zwischen einer gegenüber der anwenderseitig gewählten Lenkposition in eine höhenmäßig davon gegebenenfalls abweichende Position bei eingeschaltetem Autopilot-System und der gewählten Lenkposition bei ausgeschaltetem Autopilot-System automatisch verstellbar sein. Üblicherweise definiert der Fahrer die von ihm gewünschte Lenkradhöhe und fixiert das Lenkrad in dieser. Wird das Autopilot-System eingeschalten, so fährt das höhenverstellbare Lenkrad über eine geeignete Stellmotormechanik oder dergleichen in eine höhenmäßig definierte Ruhestellung, ausgehend von welcher es bei Ausschalten des Autopilot-Systems wieder automatisch in die vom Fahrer definierte Position zurückfährt.

Ferner kann bei einer anwenderinitiierten oder vom Autopilot-System ausgelösten Verstellung des Lenkrads in die geometrisch große Form ein akustisches und/oder optisches Warnsignal gegeben werden. Schaltet also beispielsweise der Fahrer das Autopilot-System aus oder schaltet sich das Autopilot-System bei Erkennen einer zwingend die Übernahme durch den Kraftfah rer erfordernden Situation selbsttätig aus, so wird dem Fahrer ein entsprechendes akustisches oder gegebenenfalls auch optisches Warnsignal gegeben, um ihn entsprechend zu informieren, wobei diese Erfindungsausgestaltung insbesondere im Zusammenhang mit einem automatischen Ausschaltbetrieb des Autopilot-Systems zweckmäßig ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
2 zwei Darstellungen eines größenvariablen Lenkrads einer ersten Ausführungsform,
3 zwei Darstellungen des Lenkrads aus 3 mit gegebener Längsverstellbarkeit,
4 zwei Darstellungen eines größenveränderbaren Lenkrads einer zweiten Ausführungsform,
5 zwei Darstellungen eines größenveränderbaren Lenkrads einer dritten Ausführungsform, und
6 eine Darstellung eines größenveränderbaren Lenkrads mit Ansicht der der Bewegung dienenden Elemente.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1, umfassend in bekannter Weise ein Lenkrad 2 sowie bei diesem Ausführungsbeispiel ein Autopilot-System 3, das der automatischen Längs- und Lenkführung des Kraftfahrzeugs 1 dient. Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug 1 ist das Autopilot-System 3, das über eine entsprechende Steuerungseinrichtung verfügt, mit dem Lenkrad 2 kommunikativ verbunden, nachdem das Lenkrad 3 größenvariabel ist und im gezeigten Ausführungsbeispiel über das Autopilot-System 3 bzw. in Abhängigkeit von dessen Betriebszustand in seiner Größe verstellt werden kann.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines ersten Lenkrads 2a, das eine Basis 4a aufweist, an der um jeweils einen Drehpunkt 5 schwenkbar zwei Abschnitte 6a angelenkt sind. Das Lenkrad 2a kommuniziert mit dem Autopilot-System 3, das bzw. dessen Steuerungseinrichtung den Verstellbetrieb der beiden Abschnitte 6a zwischen der in 2 links gezeigten ausgefahrenen und eine große Lenkradform bildenden Stellung und der in 2 rechts gezeigten eingeschwenkten Stellung (kleine Lenkradform) steuert. Bei ausgeschaltetem Autopilot-System 3, wenn dies also nicht die Fahrzeugführung übernimmt, befinden sich die beiden Abschnitte 6a in der in 2 links gezeigten, ausgeschwenkten Stellung. Aus dieser werden sie, wenn das Autopilot-System 3 eingeschalten ist, über dieses gesteuert automatisch um die jeweiligen Drehpunkte 5, wie durch die Pfeile dargestellt ist, nach innen zur Basis 4a hingeschwenkt. Das Lenkrad 2a nimmt seine geometrisch kleine Form bei eingeschaltetem Autopilot-System ein. Wie durch den Doppelpfeil 7 dargestellt ist, ist im gezeigten Beispiel das Lenkrad ebenfalls auch höhenvariabel. Wenn das Autopilot-System 3 eingeschalten wird, kann das Lenkrad 2a auch höhenmäßig in eine bestimmte Parkposition durch Ansteuerung einer entsprechenden Stellmechanik bzw. eines Stellmotors gebracht werden, was hier jedoch nicht näher dargestellt ist.
Wird ausgehend von der in 2 rechts gezeigten Darstellung das Autopilot-System 3 wieder ausgeschalten, muss also der Fahrer selbst wieder die Kontrolle übernehmen, so werden, worauf nachfolgend noch eingegangen wird, in extrem kurzer Zeit die beiden Abschnitte 6a wieder in die in 2 links gezeigte ausgeschwenkte Stellung ausgeschwenkt und in dieser arretiert, damit der Fahrer wieder den üblichen Lenkbetrieb vornehmen kann.
Neben der Höhenverstellbarkeit, wie durch den Doppelpfeil 7 dargestellt ist, ist das Lenkrad 2a im gezeigten Beispiel auch längsverschiebbar. In der in 3 links dargestellten, eine übliche manuelle Lenkbetrieb ermöglichende Position ist das Lenkrad 2a relativ zum Armaturenbrett 8 ausgefahren, wäh rend es bei eingeschaltetem Autopilot-System 3 neben der Größenveränderung auch automatisch in eine eingezogene, benachbart zum Armaturenbrett 8 befindliche Stellung gebracht wird. Auch aus dieser wird es, wenn der Fahrer den Lenkbetrieb wieder übernehmen soll, in extrem kurzer Zeit in die in 3 links gezeigte Position zurückgeführt.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkrads 2b. Auch dieses verfügt über eine Basis 4b, an der zwei Abschnitte 6b angeordnet sind. Diese sind über Längsführungen 9 linear relativ zur Basis 4b beweglich. Bei ausgeschaltetem Autopilot-System 3, wenn also der Fahrer selber lenkt, befinden sie sich in der seitlich ausgefahrenen Stellung gemäß 4b links, das Lenkrad 2b weist also die geometrisch große Form auf. Übernimmt das Autopilot-System 3 den Betrieb, werden die Abschnitte 6b automatisch über die Linearführungen 9 zur Basis 4b hingezogen, das Lenkrad nimmt die geometrisch kleine Form ein. Auch aus dieser geometrisch kleinen Form werden die beiden Abschnitte 6b in extrem kurzer Zeit wieder in die geometrisch große Form gemäß 4 links zurückgeführt, wenn der Fahrer den Lenkbetrieb wieder übernehmen soll.
5 zeigt eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform eines Lenkrads 2c mit einer Basis 4c und zwei Abschnitten 6c, die auch hier über Linearführungen 9 linear bezüglich der Basis 4c bewegbar sind, ebenfalls gesteuert in Abhängigkeit des Betriebszustands des Autopilot-Systems 3, und verstellbar zwischen einer geometrisch großen Form (5 links) und einer geometrisch kleinen Form (5 rechts) bei eingeschaltetem Autopilot-System 3.
6 zeigt schließlich in einer detaillierten Prinzipskizze die unterschiedlichen Mechanismen, die der Überführung des Lenkrads zwischen den unterschiedlichen geometrischen Formen dienen. Das Lenkrad, das in 6 dargestellt ist, entspricht dem Lenkrad 2b aus 4, die Ausführungen gelten aber bezüglich jeder der beschriebenen Ausführungsformen, wenngleich nachfolgend auf die Ausgestaltung gemäß 4 Bezug genommen wird. Das in 6 gezeigte Lenkrad 2b weist in die Basis 4b integriert einen Stellmotor 10 auf, der über längsverschiebbare Kopplungsstangen 11, die die Längsführung 9 bilden, mit den beiden Abschnitten 6b gekoppelt ist. Über den Stellmotor 10 können die beiden Führungsstangen 11 horizontal bewegt werden, mit ihnen werden zwangsläufig die beiden Abschnitte 6b relativ zur Basis eingezogen bzw. ausgefahren. Steuert nun das Autopilot-System 3 den Stellmotor 10, der hier als gemeinsamer Stellmotor beide Führungsstangen 11 dient (es wären auch zwei separate Stellmotoren 10 denkbar, denen jeweils eine Führungsstange 11 zugeordnet wäre), so zieht der Stellmotor 10 die beiden Führungsstangen 11 ein, die beiden Abschnitte 6b werden in die in 6 gezeigte, die geometrisch kleine Lenkradform bildende eingezogene Position bewegt. Dabei wird ein zwischen den Abschnitten 6b und der Basis 4b beidseits integriertes Federelement 12, das als Kraftspeicher dient, gespannt, das heißt, es wird eine hohe Rückstellkraft aufgebaut, die die Abschnitte 6b wieder in die ausgefahrene Stellung drängt. In der in 6 rechts gezeigten, geometrisch kleinen Form sind die Abschnitte 6b in ihrer Position arretiert, das heißt, der Stellmotor 10 arretiert die beiden Führungsstangen 11, gibt diese also nicht frei. Soll nun beispielsweise dann, wenn das Autopilot-System 3 eine Situation erkennt, in der plötzlich eine Übernahme der Kontrolle durch den Fahrer erfolgen soll, die geometrisch große Lenkradform wieder eingenommen werden, müssen die beiden Abschnitte 6b in extrem kurzer Zeit wieder ausgefahren werden, damit das Lenkrad in seiner ursprünglichen, dem Fahrer gewohnten Größe zur Lenkkontrolle zur Verfügung steht. Das Autopilot-System 3 steuert nun den Stellmotor 10 an, der die Arretierung der beiden Führungsstangen 11 aufhebt. Die beiden stark gespannten Federelemente 12, die jeweils einen Kraftspeicher bilden, entspannen sich nun aufgrund der aufgehobenen Arretierung und schieben die beiden Abschnitte 6b wieder in die in 6 links gezeigte ausgefahrene Endlage. In dieser sind die beiden Abschnitte 6b selbstverständlich wiederum arretiert, so dass sie einen festen Angriff am Lenkrad ermöglichen und nicht unbeabsichtigt nach innen geschoben werden können.
Die dargestellte Bewegungsmechanik ist lediglich exemplarischer Natur. Selbstverständlich können auch andere Bewegungsmittel zum Verstellen verwendet werden, so lange sichergestellt ist, dass erstens eine sichere und allzeit mögliche Verstellung der Abschnitte zwischen den beiden Endlagen möglich ist, und zum anderen insbesondere die Ausfahrbewegung in die geometrisch große Form sehr schnell vonstatten geht, da mitunter situationsbedingt diese Position sehr schnell eingenommen werden muss, anders als beim Übergang von der geometrisch großen in die geometrisch kleine Form.

Claims

Kraftfahrzeug umfassend ein Lenkrad und ein ein- und ausschaltbares Autopilot-System, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkrad (2, 2a, 2b, 2c) in Abhängigkeit des Betriebszustands des Autopilot-Systems (3) zwischen einer geometrisch kleinen Form bei eingeschaltetem Autopilot-System (3) und einer geometrisch großen Form bei ausgeschaltetem Autopilot-System (3) automatisch verstellbar ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkrad (2, 2a, 2b, 2c) zwei bezüglich einer Basis (4a, 4b, 4c) beweglich gelagerte Abschnitte (6a, 6b, 6c) aufweist, die zwischen einer eingefahrenen Stellung unter Bildung der geometrisch kleinen Form und einer ausgefahrenen Stellung unter Bildung der geometrisch großen Form verstellbar sind.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abschnitte (6a) schwenkbar an der Basis (4a) gelagert sind.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abschnitte (6b, 6c) linear verschiebbar an der Basis (4b, 4c) gelagert sind.
Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verstellen der Lenkradgröße ein oder mehrere Stellmotoren (10) vorgesehen sind.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Stellmotoren (10) zum Bewegen lediglich zum Verstellen des Lenkrads (2a, 2b, 2c) von der geometrisch großen in die geometrisch kleine Form dienen, während zum Verstellen des Lenkrads (2a, 2b, 2c) von der geometrisch kleinen Form in die geometrisch große Form wenigstens ein automatisch entriegelbarer Kraftspeicher, insbesondere in Form eines oder mehrerer Federelemente (12) vorgesehen ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (6a, 6b, 6c) mit einem gemeinsamen Stellmotor (10) oder mit jeweils einem separaten Stellmotor (10) gekoppelt sind, und dass jeder Abschnitt (6a, 6b, 6c) mit einem gemeinsamen Kraftspeicher, insbesondere Federelement (12), oder mit jeweils einem separaten Kraftspeicher, insbesondere Federelement (12) gekoppelt ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das längsverstellbare Lenkrad (2a, 2b, 2c) ferner in Abhängigkeit des Betriebszustands des Autopilot-Systems (3) zwischen einer eingefahrenen Stellung bei eingeschaltetem Autopilot-System (3) und einer ausgefahrenen Stellung bei ausgeschaltetem Autopilot-System (3) automatisch verstellbar ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das höhenverstellbare Lenkrad (2a, 2b, 2c) ferner in Abhängigkeit des Betriebszustands des Autopilot-Systems (3) zwischen einer gegenüber der anwenderseitig gewählten Lenkposition in eine höhenmäßig davon gegebenenfalls abweichende Position bei eingeschaltetem Au topilot-System (3) und der gewählten Lenkposition bei ausgeschaltetem Autopilot-System (3) automatisch verstellbar ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer anwenderinitiierten oder vom Autopilot-System (3) ausgelösten Verstellung des Lenkrads (2a, 2b, 2c) in die geometrisch große Form ein akustisches und/oder optisches Warnsignal gebbar ist.