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Die
Erfindung liegt auf dem Gebiet der Automobiltechnik, genauer auf
dem Gebiet der Bedienung und Steuerung von Fahrzeugen und konkret
auf dem Gebiet der Mensch-Maschine-Interfaces, die einem Fahrer
die effiziente und effektive Erfassung von Fahrsituationen und Fahrzeugzuständen
ermöglichen und eine adäquate Reaktion des Fahrers
unterstützen sollen.
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Ein
Problem liegt dabei darin, dass bei den immer höher werdenden
Anforderungen an Kraftfahrzeuge und ihre Bedienung die Komplexität
aufgrund einer großen Anzahl von zu überwachenden
Funktionen und entsprechend einer ebenso großen Anzahl von
Instrumenten beziehungsweise Anzeigeelementen für einen
Fahrer immer anspruchsvoller wird. Gleichzeitig erfordert der immer
dichter werdende Verkehr seine Aufmerksamkeit, so dass der Vermittlung
von wichtigen Informationen an den Fahrer bei der Auslegung des
Mensch-Maschine-Interfaces bei Kraftfahrzeugen enorme Wichtigkeit
zukommt.
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Dabei
ist es nicht nur wichtig, dem Fahrer die entsprechenden Informationen
anzubieten, sondern sie der Priorität nach zu ordnen und
sicherzustellen, dass besonders die für die Fahrsicherheit
wichtigen Informationen in jedem Fall mental erfasst werden.
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Es
ist dabei weithin bekannt, sich verschiedenster optischer Anzeigen
mit unterschiedlicher Eindringlichkeit zu bedienen wie beispielsweise
sich bewegender Zeiger oder blinkender Leuchten, die die Aufmerksamkeit
auf sich ziehen. Auch Farben werden zur Unterscheidung unterschiedlicher
Prioritäten herangezogen. Zusätzlich ist auch
eine akustische Übermittlung wichtiger Informationen bereits bekannt.
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Eine
relativ moderne Entwicklung geht zusätzlich dahin, dem
Fahrer auch auf haptische beziehungsweise mechanische Weise Informationen
zu übermitteln.
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Auf
dem entsprechenden Gebiet hat sich die sogenannte Force-Feedback-Technik
etabliert, die bei mechanisch zu bedienenden Bedienelementen in einem
Fahrzeug angewendet wird, um den Fahrer auf Veränderungen
aufmerksam zu machen.
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Beispielsweise
ist aus der
DE
10 2004 061 263 A1 die Beeinflussung des Fahrpedalverhaltens bei
einem Kraftfahrzeug aufgrund von Fahrdynamikdaten bekannt. Während
der Fahrt wird dort die Fahrpedalkennlinie verändert, wenn
die aktuelle Fahrsituation dies erfordert. Beispielsweise ist dabei
daran gedacht, mit dieser Maßnahme ein Abbremsen zu fördern,
wenn in einer Fahrsituation die Fahrzeuggeschwindigkeit von den
automatischen Systemen als zu hoch eingeschätzt wird. Dabei
wird die Fahrzeuggeschwindigkeit, Raddrehzahl, ein Lenkwinkel oder die
Einlenkwinkelgeschwindigkeit, eine Gierrate, Querbeschleunigung,
ein Schwimmwinkel und gegebenenfalls die Fahrpedalstellung zur Bewertung
der Fahrdynamik erfasst.
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Aus
der
DE 19810691 ist
auch bekannt, dass einem Fahrer eines Kraftfahrzeuges mittels eines
Aktors am Gaspedal durch die Gegenkraft beziehungsweise Schwingungen,
Vibrationen des Gaspedals, die Abweichung von einer Sollgeschwindigkeit übermittelt
wird.
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Aus
der
EP 1375873 A1 ist
im Zusammenhang mit der Einstellung eines Bedienpedals für
ein Kraftfahrzeug eine Kalibriermethode beschrieben, die die jeweilige
Pedalstellung mit entsprechenden Fahrzuständen des Fahrzeugs
vergleicht und hieraus Kalibrierwerte ableitet.
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Aus
der
DE 10 2004
026 407 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung der Rückstellkraft
auf ein Fahrpedal eines Fahrzeugs bekannt. Dabei wird die Gegenkraft
des Pedals automatisch so eingestellt, dass bestimmte gewünschte
Fahrparameter eingehalten werden. Beispielsweise nimmt bei Erreichen
der Sollgeschwindigkeit des Fahrzeugs der Gegendruck des Gaspedals
zu, so dass es für den Fahrer schwieriger wird, zu beschleunigen.
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Gleichwohl
ist es für den Fahrer jedoch möglich, trotz der
geänderten Kennlinie das entsprechende Bedienelement weiterhin
in vollem Umfang zu bedienen und praktisch den vollen Funktionsumfang des
mit dem Bedienelement gesteuerten Aggregats auszunutzen, um die
Fahrsicherheit nicht zu gefährden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst
geringem konstruktiven Aufwand die Überwachung sicherheitsrelevanter
Funktionen und Fahrzeugparameter an einem Fahrzeug sicher zu gewährleisten
und sicherheitsrelevante Informationen dem Fahrer zuverlässig
und schnell zu übermitteln.
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Die
Aufgabe wird bei einem Informationssystem für ein Kraftfahrzeug
mit wenigstens einem Aktor, der bedarfsweise auf ein der Steuerung
des Fahrzeugs dienendes mechanisch bewegbares Bedienelement wirkt,
insbesondere auf ein Pedal, sowie mit einer Sensoreinrichtung, die
den Aktor in Abhängigkeit von ermittelten Messwerten ansteuert,
durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Aggregate im Fahrzeug,
die unabhängig von der jeweiligen Fahrsituation für
die Betriebsbereitschaft des Fahrzeugs notwendig sind, besonders
zuverlässig auf ihre Funktionsfähigkeit durch
Ermittlung von Funktionszustandsparametern überwacht werden
müssen. Fällt eines dieser Aggregate aus, so sollte
das Fahrzeug in den allermeisten Fällen ohne jede weitere
Verzögerung angehalten werden, um den vorliegenden Schaden
zu beheben oder zumindest zu begrenzen. Dies ist beispielsweise
dann der Fall, wenn der Motor überhitzt ist, der Öldruck
abfällt oder der Ölfüllstand zu niedrig
ist, der Reifendruck unter ein bestimmtes sicherheitsrelevantes
Niveau fällt, das Bremssystem nicht fehlerfrei funktioniert, die
Motorelektronik oder die Getriebeelektronik Fehler aufweist.
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In
einem solchen Fall sollte eine Fehlermeldung besonders eindringlich
durch eine haptische Übermittlung erfolgen beziehungsweise
unterstützt werden.
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Die
haptische Übermittlung kann besonders effektiv über
das Gaspedal geschehen, da dies in fast allen Fahrzuständen
vom Fahrer bedient werden muss, bis auf kurze Zeiträume,
in denen meistens das Bremspedal betätigt wird.
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Auch
das Bremspedal kann für eine solche haptische Übermittlung
geeignet sein, insbesondere dann, wenn es zur Übermittlung
von Informationen verwendet wird, die sich auf das Bremssystem beziehen.
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Zudem
können auch andere wichtige Funktionen überwacht
und eine entsprechenden Fehlermeldung über andere mechanische
Bedienelemente wie beispielsweise einen Blinkhebel übermittelt
werden. Ist beispielsweise ein Blinklicht ausgefallen, so kann der
Blinkhebel beim Blinken zu der entsprechenden Seite einen erhöhten
Widerstand aufweisen, um dem Fahrer das Problem anzuzeigen.
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Die
entsprechende haptische Übermittlung der Information kann
einerseits dadurch geschehen, dass eine Zusatzkraft auf das Bedienelement
in oder entgegen der üblichen Bedienrichtung aufgebracht wird,
so dass die Bedienung schwerer oder leichter wird beziehungsweise
ein Druckpunkt sich verschiebt.
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Fällt
beispielsweise das Bremssystem aus oder wird geschwächt,
so kann die Gegenkraft des Bremssystems gegen die Pedalbetätigung
dadurch geschwächt werden, dass im Sinne einer Pedalbetätigung
die Kraft des Aktors gleichsinnig der Bedienrichtung beim Bremsen
gerichtet ist.
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Alternativ
oder zusätzlich kann eine Information über das
Aufbringen einer Vibration oder einzelner Schläge durch
den Aktor auf das Bedienelement übertragen werden.
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Letztlich
kann auch ein Aktor die Beweglichkeit des entsprechenden Bedienelementes
einschränken, dadurch dass klare Grenzen gesetzt werden.
Ist der Motor beispielsweise dabei, zu überhitzen, so kann
das Gaspedal ab einer bestimmten Durchtrittstiefe einfach blockiert
werden. Zusätzlich sollte dann vorher ein Signal, beispielsweise
in Form einer Vibration, aufgegeben werden, um den Fahrer nicht
zu überraschen.
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Entsprechend
können in dem Informationssystem mit dem Bremspedal und
dem Gaspedal im Sinne des Aufbringens einer Vibration, der Erhöhung oder
Verringerung der Gegenkraft oder einer Beschränkung des
Pedalweges sowohl ein Öldruckmessgerät, ein Ölfüllstandsmesser,
ein Reifendruckmesser, ein Kühlmitteltemperatursensor,
ein Öltemperatursensor, ein Bremshydraulikdruckmesser und ein
Sensor für die Funktionsfähigkeit der Motorelektronik,
der Getriebeelektronik oder auch der Bremssteuerung kombiniert werden.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben.
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Dabei
zeigt
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1 schematisch
in einer Ansicht von oben ein Fahrzeug mit verschiedenen Aggregaten,
Pedalen und Aktoren;
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2 beispielhaft
eine Kraft/Weg-Pedalkennlinie;
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3 eine
weitere Kraft/Weg-Pedalkennlinie sowie
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4 eineandere
Kraft/Weg-Pedalkennlinie, bei der eine Vibration durch einen Aktor
angedeutet ist.
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In
der 1 ist von oben gesehen, schematisch, der Umriss
eines Kraftfahrzeugs 1 angedeutet mit den Rädern 2, 3, 4, 5.
Zudem ist der Übersichtlichkeit halber der Fahrersitz 6 eingezeichnet
sowie das Lenkrad 7.
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Außerdem
ist das Bremspedal 8 sowie das Gaspedal 9 dargestellt.
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Das
Gaspedal 9 ist über eine nicht dargestellte Verbindung
mit dem Motor 10 beziehungsweise einem Vergaser verbunden
und steuert die Motorleistung. Üblicherweise ist mit dem
Gaspedal eine Einrichtung zur Erzeugung einer Rückstellkraft,
beispielsweise eine Feder oder ähnliche Einrichtung, verbunden,
so dass einerseits sich dem Fahrer die Intensität der Betätigung
des Gaspedals über die Rückstellkraft mitteilt
und andererseits, sobald der Fahrer den Fuß vom Gaspedal
nimmt, dieses in die Anfangsstellung zurückgestellt und
auch die Ansteuerung des Motors 10 entsprechend zurückgenommen
wird.
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Gleiches
gilt für das Bremspedal 8, das auf das Bremssystem 11 mittels
einer nicht dargestellten Verbindung, beispielsweise einer Hydraulikleitung oder
einer elektrischen Leitung, einwirkt. Auch hier kann eine Rückstellfeder
oder auch eine Einrichtung zur künstlichen Erzeugung einer
Rückstellkraft, wenn es sich beispielsweise um ein vollelektrisches
Bremssystem handelt, vorgesehen sein.
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Zudem
ist ein Blinkhebel 12 dargestellt, der auf die beispielhaft
dargestellten Blinkleuchten 13, 14 mittels eines
Blinkrelais wirkt.
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Es
ist eine Überwachungseinrichtung 15 für die
Blinkleuchten 13, 14 vorgesehen, die auf den Blinkhebel 12 zurückwirkt,
wenn die Blinkleuchten defekt sind und damit für den Fahrer
haptisch erkennbar macht, dass das Blinksignal durch die Blinkleuchten 13, 14 nicht
abgegeben wird. Dabei kann die Kontrolleinrichtung 15 bewirken,
dass der Blinkhebel 12 in die entsprechende Richtung nicht
mehr bewegbar ist oder dass die aufgebrachte Gegenkraft entsprechend
erhöht wird.
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Mit
den Pedalen 8, 9 ist jeweils ein Aktor 17, 18 verbunden,
der, überlagert zu der im Normalfall aufgebrachten Gegenkraft
der Pedale 8, 9, bedarfsweise eine Zusatzkraft
auf das Pedal aufbringen kann. Die entsprechenden Aktoren sind beispielsweise
elektrisch oder hydraulisch ausgeführt und wirken im Normalfall
gleich- oder gegensinnig zu der Bedienrichtung des entsprechenden
Pedals 8, 9, so dass sie die Gegenkraft schwächen
oder stärken können.
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Dadurch
kann dem Fahrer ein Signal gegeben werden, dass eine besondere Situation
bei einem Aggregat des Fahrzeugs vorliegt.
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In
dem dargestellten Beispiel ist der Aktor 18 des Gaspedals 9 mit
einer Kontrolleinrichtung 19 verbunden, die ihrerseits
Signale von einem Öldruckmesser 20, einem Öltemperatursensor 21,
einem Ölfüllstandssensor 22 oder einer Überwachungseinheit 23 der
Motorelektronik empfängt. Zusätzlich oder alternativ
ist hier auch ein Sensor zur Überwachung der Getriebeelektronik,
des Bremssystems, des Reifendrucks, der Kühlmitteltemperatur
oder anderer Zustandsgrößen der Aggregate des
Fahrzeugs denkbar. Die Kontrolleinrichtung 19 kann unter
bestimmten vorgegebenen Bedingungen, beispielsweise bestimmten Messwerten
eines der Sensoren oder einer Kombination von Messwerten mehrerer
Sensoren, ein Signal an den Aktor 18 abgeben, so dass dieser beispielsweise
die Gegenkraft des Gaspedals 9 erhöhen kann. Für
den Fahrer teilt sich dies dadurch mit, dass es schwieriger wird,
das Fahrzeug zu beschleunigen, was intuitiv als Aufforderung zum
sofortigen Abbremsen empfunden wird.
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Dabei
kann die Erhöhung der Gegenkraft so groß sein,
dass die Beschleunigung des Fahrzeugs definitiv begrenzt wird oder
sie kann derart begrenzt werden, dass der Fahrer durch Aufbringen
einer erhöhten Kraft dennoch beschleunigen kann, um ihm den
vollen Funktionsumfang bei der Steuerung des Fahrzeugs in Notsituationen
zur Verfügung zu stellen.
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Alternativ
oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass in bestimmten
Situationen der Aktor 18 lediglich eine Vibration auf das
Pedal 9 aufbringt. Dies kann beispielsweise dann geschehen,
wenn der Reifendruck unter einen bestimmten Wert sinkt.
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Die
genannten Sensoren können auch alternativ oder zusätzlich
mit dem Aktor 17 des Bremspedals 8 verbunden sein
und dort eine ebensolche Wirkung hervorrufen wie auf das Gaspedal 9.
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Es
kann aber auch, wie in der Figur näher dargestellt, vorgesehen
sein, dass eine zweite Kontrolleinrichtung 24 speziell
zur Ansteuerung des Aktors 17 vorgesehen ist, wobei die
Kontrolleinrichtung 24 ihre Signale von Sensoren 25 zur Überwachung der
Bremselektronik, 26 zur Überwachung des Bremshydraulikdrucks
und 27 zur Überwachung der Temperatur der Bremsen
empfängt.
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Auch
hier kann bei Eintreten bestimmter kritischer Zustände
des Bremssystems ein entsprechendes Signal auf das Gaspedal in Form
einer Zusatzkraft gegeben werden.
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Zusätzlich
kann in einem Armaturenbrett mittels einer optischen Anzeige oder
alternativ oder zusätzlich mittels eines akustischen Signals
auf den entsprechenden Missstand hingewiesen werden, wobei durch
das unmittelbare haptische Signal der Fahrer alarmiert sein wird
und sich durch genaueres Inspizieren des Armaturenbretts explizit
informieren kann.
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Somit
ist sichergestellt, dass das Eintreten einer kritischen Bedingung
eines Aggregats des Fahrzeugs dem Fahrer nicht entgeht.
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Die 2 zeigt
beispielhaft in einem Weg-Kraft-Diagramm eines Gaspedals die Abhängigkeit
der Rückstellkraft F auf der Ordinate aufgetragen gegenüber
dem Pedalweg S auf der Abszisse. Das grundsätzlich rautenförmige
Diagramm 28 zeigt den Normalzustand, bei dem im oberen
Teil die Rückstellkraft mit zunehmender Pedalbetätigung
ansteigt und beim Loslassen des Pedals eine durch die systembedingte
Hysterese bedingte zweite Kurve durchlaufen wird.
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Die
Besonderheit bei zusätzlicher Wirkung eines Aktors zeigt
sich in der Abweichung der Teilkurve 29, die zeigt, dass
die Gegenkraft erhöht wird, der Fahrer also von der Aktivierung
des Aktors an eine höhere Kraft aufbringen muss, um das
Pedal weiter zu bewegen. Wird der Aktor abgeschaltet, so springt die
Kurve auf den Grundzustand zurück, beziehungsweise nach
Durchlaufen eines bestimmten weiteren durchlaufenen Pedalwegs kann
der Aktor automatisch abgeschaltet werden.
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Jedenfalls
ist die Abweichung von der Grundkurve so stark, dass der Fahrer
dies bemerkt und entweder das Pedal nicht weiter durchtritt oder aber,
wenn notwendig, die Gegenkraft des Aktors überwinden kann.
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In
der 3 ist eine Kurve gezeigt, die beschreibt, dass
durch einen Aktor die Teilkurve 30 erzwungen wird, die
jedoch einen monotonen Kraftverlauf erzeugt, so dass die Kraft-Weg-Kurve
mit eingeschaltetem Aktor ohne ein Nachlassen der Kraft auf die
Grundkurve führt. Für den Fahrer ist damit eine plötzlich
ansteigende Gegenkraft zu spüren, wobei nach Überwinden
dieser Gegenkraft die Steuerbarkeit des Pedals in monotoner Art
weiterhin gegeben ist. Mit dieser Einstellung des Systems lässt
sich die Bedienung des Pedals bei eingeschaltetem Aktor weiterhin
gut dosieren.
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In
der 4 ist eine Kraft-Weg-Kurve dargestellt, die grundsätzlich
der Grundform folgt, wobei jedoch im Teilbereich 31 das
Aufbringen einer Vibration durch einen Aktor dargestellt ist. Dies
bewirkt grundsätzlich keine Abweichung von der Grundkurve,
ist aber trotzdem für den Fahrer deutlich als Warnsignal wahrnehmbar.
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In
der dargestellten Art und Weise lässt sich durch die Erfindung
der Fahrer zuverlässig über den Zustand von Aggregaten
des Fahrzeugs, die sicherheitsrelevant sind und deren mangelhafte
Funktion sofortiges Anhalten beziehungsweise eine unverzügliche
Reparatur erfordert, zuverlässig informieren. Der Fahrer
nimmt somit wahr, dass er nicht wegen einer besonderen fahrdynamischen
Situation gewarnt wird und seine Fahrweise entsprechend darauf einrichten
kann, sondern dass unabhängig von seiner Fahrweise/Bedienungsweise
des Fahrzeugs ein korrekturbedürftiger/reparaturbedürftiger
Zustand eines Fahrzeugaggregats vorliegt.
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2,
3, 4, 5
- Räder
- 6
- Fahrersitz
- 7
- Lenkrad
- 8
- Bremspedal
- 9
- Gaspedal
- 10
- Motor
- 11
- Bremssystem
- 12
- Blinkhebel
- 13,
14
- Blinkleuchten
- 15
- Kontrolleinrichtung
- 17,
18
- Aktor
- 19,
24
- Kontrolleinrichtung
- 20
- Öldruckmesser
- 21
- Öltemperaturmesser
- 22
- Ölfüllstandssensor
- 23
- Überwachungseinheit
- 25
- Sensor
zur Überwachung der Bremselektronik
- 26
- Sensor
zur Überwachung des Bremshydraulikdrucks
- 27
- Sensor
zur Überwachung der Temperatur der Bremsen
- 28
- Rautenförmiges
Diagramm
- 29,
30
- Teilkurve
- 31
- Teilbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004061263
A1 [0007]
- - DE 19810691 [0008]
- - EP 1375873 A1 [0009]
- - DE 102004026407 A1 [0010]