DE102007026065B4

DE102007026065B4 - Lenkmittel und Verfahren zur Erzeugung eines Signals

Info

Publication number: DE102007026065B4
Application number: DE200710026065
Authority: DE
Inventors: Marcus T. Kandler; Jürgen Bender
Original assignee: Takata Petri AG
Current assignee: Joyson Safety Systems Germany GmbH
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2009-11-26
Anticipated expiration: 2027-06-02
Also published as: DE102007026065A1

Abstract

Lenkrad eines Fahrzeugs mit
a) einem Mittel zur Erzeugung mindestens einer Bewegungsgröße (I) durch Bewegung mindestens einer Masse (2) in dem Lenkrad und
b) einem Mittel zur Erzeugung eines Signals (10) in Abhängigkeit von der mindestens einen Bewegungsgröße (I).

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenkmittel gemäß Anspruch 1, ein Fahrassistenzsystem und/oder eine Sicherheitseinrichtung gemäß Anspruch 19 und ein Verfahren gemäß Anspruch 22.
Aus der DE 102 26 477 A1 ist eine Lenksäule mit einem Lenkrad für ein Kraftfahrzeug bekannt, wobei ein piezokeramischer Aktuator auf der Lenksäule und ein Sensor zur Erfassung von Vibrationen oberhalb des piezokeramischen Aktuators an der Lenksäule bzw. dem Lenkrad angeordnet ist.
Ferner ist aus der DE 20 2005 004 649 U1 ein schwingungsgedämpftes Fahrzeuglenkrad bekannt, mit einem Lenkradskelett und einer Lenkradhülle sowie mit mindestens einem innerhalb des Lenkrades angeordneten Behälter, in dem mindestens ein beweglicher Körper als Schwingungsdämpfer angeordnet ist.
Bei der Bedienung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, kommt es immer wieder zu Situationen, in denen der Bediener des Fahrzeugs Unterstützung bei der Bedienung während des Betriebs des Fahrzeugs benötigt. Bekannt ist es, z. B. einen Vibrationsalarm für Gefahrensituationen in einem Sitz unterzubringen. Nachteilig ist dabei, dass ein solcher Alarm unspezifisch für die Bedienung des Fahrzeugs ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lenkmittel bereitzustellen, mit dem einem Bediener eine Hilfestellung gegeben werden kann.
Dazu weist das Lenkmittel, insbesondere ein Lenkrad, ein Mittel zur Erzeugung mindestens einer Bewegungsgröße durch Bewegung mindestens einer Masse in dem Lenkrad und ein Mittel zur Erzeugung eines Signals in Abhängigkeit von der mindestens einen Bewegungsgröße auf. Das in Abhängigkeit von der Bewegungsgröße generierte Signal kann dazu verwendet werden, dem Bediener eines Fahrzeugs ein Signal zu geben.
Es ist dabei möglich, dass die Bewegungsgröße ein Impuls, ein Drehimpuls oder die Änderung eines Drehmomentes ist. Dabei ist es möglich, dass mindestens eine der Bewegungsgrößen mindestens teilweise und/oder zeitweise senkrecht zur Lenkachse des Lenkrades gerichtet ist.
Eine besonders effiziente Anordnung der mindestens einen Masse ergibt sich, wenn sie im Lenkradkranz des Lenkrades angeordnet ist, da hier die Wirkungen einer Bewegung der Masse leicht für den Bediener spürbar gemacht werden können. Die mindestens eine Masse kann dazu in einem Hohlrohr angeordnet sein, so dass in einfacher Weise eine Führung der mindestens einen Masse möglich ist. Vorteilhafterweise ist das Hohlrohr Teil des Lenkrades.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist die mindestens eine Masse einen Anteil aus Metall, einen Anteil eines ferromagnetischen Materials und/oder eine Wicklung auf.
Dabei kann in Abhängigkeit der mindestens einen Bewegungsgröße mindestens ein Signal für einen Benutzer des Lenkrades abgeben werden. Das mindestens eine Signal kann ein akustisches, optisches, elektronisches, magnetisches und/oder haptisches Signal aufweisen.
Das mindestens eine Signal kann mit einem Lenkassistenzsystem gekoppelt sein, um das Signal in einer Vielzahl von Fahrsituationen (z. B. Gefahrenabwehr, Einparken etc.) für einen Fahrer nutzbar zu machen. Alternativ oder zusätzlich kann das mindestens eine Signal mit einer Sicherheitseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einem Airbag eines Kraftfahrzeugs, gekoppelt sein.
Durch eine Kopplung mit einem Fahrdatensensor können Fahrdaten eines Kraftfahrzeugs erfasst und über eine Steuereinrichtung kann in Abhängigkeit der erfassten Fahrdaten sofort oder später ein Steuersignal für die mindestens eine Masse abgegeben werden. Die Masse im Lenkmittel kann somit in Abhängigkeit von äußeren Parametern gesteuert werden, um Signale für den Bediener zur Verfügung zu stellen.
Beispiele für die Fahrdaten sind die Position des Fahrzeugs, die relative Position des Fahrzeugs zu anderen Fahrzeugen und/oder Gegenständen, die relative Position des Fahrzeugs zur Fahrbahn, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder die Beschleunigung des Fahrzeugs.
Dabei kann die Steuereinrichtung und/oder der Fahrdatensensor ein Mittel zur Prädiktion der Bewegung des Fahrzeugs aufweisen, wobei das Steuersignal für die Masse in Abhängigkeit von der Prädiktion abgegeben wird. Durch die Prädiktion werden z. B. gefährliche Fahrsituationen für den Fahrer erkannt, bevor diese eintreten. Damit bewirkt das Steuersignal mittels der Steuereinrichtung eine Beschleunigung der Masse und ggf. eine dadurch erzeugte Bewegungsgröße, wobei die Beschleunigung und/oder die Bewegungsgröße in eine vorbestimmte Richtung, insbesondere in eine Lenkrichtung von einer erkannten Gefahrenquelle weg, zeigt. Ein Beispiel für die Generation eines Signals für einen Fahrer ist es, wenn die mindestens eine Masse gegen mindestens einen Anschlag prallen kann.
Der Antrieb der mindestens einen Masse kann über ein Vielzahl von Mitteln erfolgen, wie z. B. mit einem pneumatischen Mittel, einem hydraulischen Mittel, einem magnetischen Mittel und/oder einem induktiven Mittel. Eine platzsparende Möglichkeit ist es, wenn mindestens ein pneumatisches Mittel, das mindestens eine hydraulische Mittel, das mindestens eine magnetische Mittel und/oder das mindestens eine induktive Mittel mit einer Lenkmittelheizung, insbesondere einer Lenkradheizung gekoppelt ist.
Auch ist es möglich, wenn die mindestens eine Masse mit einem Mittel zur Trägheitsdämpfung und/oder einer Servolenkhilfe gekoppelt ist. Die mindestens eine Masse kann z. B. als Gegengewicht zum Ausgleich von Schwingungen oder Vibrationen im Lenkmittel, insbesondere im Lenkrad verwendet werden. Ferner und/oder alternativ kann die Bewegung der mindestens einen Masse zur Unterstützung der Lenkbewegung im Sinne einer Servolenkung dienen. Je nach Stellung der mindestens einen Masse ist das Lenkmittel, insbesondere das Lenkrad, leichter oder schwerer beweglich.
Die Erfindung betrifft auch ein Fahrassistenzsystem und/oder eine Sicherheitseinrichtung eines Kraftfahrzeugs gekoppelt mit einem Lenkmittel mit den beschriebenen Merkmalen. Ein Beispiel für eine Fahrassistenz kann sein, dass die mindestens eine Masse Teil eines Detektors ist, der die Bewegung des Lenkmittels z. B. induktiv erfasst. In äußeren Erregerspulen für die mindestens eine Masse wird eine Spannung erzeugt, die abhängig von der Drehbewegung des Lenkmittels ist. Der zeitliche Verlauf dieser induzierten Spannung kann für ein Sensorsystem für die Erfassung der Lenkbewegung verwendet werden. Damit ist es möglich, dass geeignete Unterstützungs- oder Gegenreaktionen, z. B. auch durch die mindestens eine Masse, hervorgerufen werden können.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung mindestens eines Signals, wobei das Signal in Abhängigkeit von der Erzeugung der mindestens einen Bewegungsgröße mittels mindestens einer in einem Lenkmittel befindlichen Masse abhängt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von beispielhaften Ausführungsformen dargestellt, wobei
1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkmittels in einer ersten Betriebsstellung zeigt;
2 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkmittels in einer zweiten Betriebsstellung zeigt.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung für ein Lenkmittel anhand eines Lenkrades 1 dargestellt. Das Lenkrad 1 ist aber nur ein Beispiel für ein Lenkmittel. Andere Lenkmittel 1 können z. B. Pedale, Schieberegler oder Joysticks sein.
In 1 ist ein Lenkrad 1 eines Kraftfahrzeugs dargestellt, das um eine Lenkachse 3 drehbar ist. Im Lenkradkranz 4, der hier über einen Teilbereich von ca. 180° teilweise als Hohlrohr 5 ausgebildet ist, ist eine metallische Masse 2 angeordnet. Die Masse 2 kann sich entlang des Inneren des Hohlrohrs 5 bewegen, wobei die Bewegung der Masse 2 im Hohlrohr 5 durch drei Spulen L1, L2, L3 gesteuert werden kann.
In 1 ist die Masse 2 in einer ersten Betriebsstellung in etwa der Mitte des von Spulen besäumten Bogensegmentes des Lenkradkranzes 4 dargestellt.
Die Spulen L1, L2, L3 können in einer Ausführungsform Teil einer Lenkradheizung sein, die ein metallisches Geflecht aufweist. Grundsätzlich kann auch nur eine Spule verwendet werden, wobei dann ein geeignetes Feld an die Spule gelegt wird, um die Bewegung der Masse 2 im Hohlrohr 5 zu steuern. Das Feld kann sein: ein Wechselfeld (veränderliche Frequenz), ein Gleichfeld oder ein entgegen zur magnetisierten Masse 2 ausgerichtetes Feld.
Das Hohlrohr 5 im Lenkradkranz 4 kann weniger als 180° umfassen oder auch mehr als 180°.
Je nach Bestromung der Spulen L1, L2, L3 wirkt ein magnetisches Feld auf die Masse 2, mit dem die Masse 2 entlang des Hohlrohres 5 (siehe Pfeile F) bewegt werden kann.
Die Bewegung der Masse 2 kann über eine Steuereinrichtung 19 gesteuert werden, die aus Gründen der Übersichtlichkeit hier außerhalb des Lenkrades 1 dargestellt ist. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Steuereinrichtung 19 im Lenkrad 1, z. B. in einer der Speichen, angeordnet sein.
Die Steuereinrichtung 19 ist mit einem Fahrdatensensor 17 gekoppelt, der grundsätzlich an irgendeiner Stelle des Fahrzeugs angeordnet sein kann. Der Fahrdatensensor 17 erkennt Daten, die für den Betrieb des Kraftfahrzeugs wichtig sind. Das können z. B. sein: die Position des Kraftfahrzeugs, die relative Position des Kraftfahrzeugs zu anderen Fahrzeugen und/oder Gegenständen, die relative Position des Kraftfahrzeugs zur Fahrbahn, die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs.
Der Fahrdatensensor 17 kann z. B. räumliche Daten über einen GPS Sensor empfangen. Die relative Position zu anderen Fahrzeugen oder Gegenständen auf der Fahrbahn können z. B. durch Radarmessungen erfasst werden. Die relative Position des Kraftfahrzeugs zur Fahrbahn kann auch durch optische Sensoren, z. B. durch Erfassung von Fahrbahnbegrenzungen bestimmt werden. Die Beschleunigungen am Kraftfahrzeug können durch Beschleunigungssensoren im Kraftfahrzeug, insbesondere im Lenkrad, erfasst werden.
Somit kann der Fahrdatensensor 17 eine oder eine Vielzahl von Parametern ermitteln, die für die Bedienung des Kraftfahrzeugs von Bedeutung sind.
Wird z. B. von einem optischen Sensor und/oder einem Radarsensor ein Gegenstand vor dem Kraftfahrzeug registriert, so werden diese Daten drahtlos und/oder über Kabel an die Steuereinrichtung 19 übertragen. Die Steuereinrichtung 19 errechnet auf Grund der erfassten Daten, ob dem Bediener des Kraftfahrzeugs ein Signal, insbesondere am Lenkrad 1, gegeben werden soll. Ist z. B. eine Ausweichbewegung auf Grund der ermittelten Fahrdaten notwendig, so sendet die Steuereinrichtung 19 ein Steuersignal 18 an die Spulen L1, L2, L3.
Wenn die Ausweichbewegung z. B. eine schnelle Lenkbewegung nach links erfordert, werden die Spulen L1, L2, L3 so bestromt, dass die Masse 2 im Hohlrohr 5 in definierter Weise nach links beschleunigt wird. Die Masse 2 wird der Bewegung solange folgen, bis sie gegen einen Anschlag 21 schlagen wird, was zu einem Drehimpuls I im Lenkrad 1 führt, der für den Bediener des Kraftfahrzeugs wahrnehmbar ist.
Diese zweite Betriebsstellung ist in 2 dargestellt, wobei die übrigen Komponenten der Ausführungsform zur 1 identisch sind. Die Beschreibung trifft daher für 1 und 2 zu.
Die Ausweichbewegung oder auch eine andere Bewegung, die vom Bediener gefordert wird, kann z. B. mittels eines Prädiktors berechnet werden, der ermittelt, dass auf Grund der bisher erfassten Fahrdaten, eine bestimmte Fahrsituation eintreffen wird. Dies könnte die drohende Annäherung an einen Gegenstand, wie z. B. ein anderes Auto, sein. Der Prädiktor kann Teil des Fahrdatensensors 17 und/oder der Steuereinrichtung 19 sein.
Der Bediener spürt den Drehimpuls I und wird so intuitiv geführt, schnell eine Ausweichbewegung mit dem Lenkrad auszuführen. Das Anstoßen der Masse 2 am Anschlag 21 führt zu einem Signal 10, das vom Bediener detektierbar ist. Das Signal 10 muss dabei nicht nur aus dem Drehimpuls I bestehen, sondern kann zusätzlich auch eine akustische, optische, elektronische, magnetische und/oder haptische (z. B. Vibration) Komponente aufweisen.
Die Datenübertragung der Fahrdaten und des Steuersignals 18 erfolgt so schnell, dass eine effektive Gefahrenabwehr möglich ist. Der Drehimpuls I wirkt senkrecht zur Lenkachse 3 des Lenkrades 1.
Abgesehen von dem Signal 10 an den Bediener, kann das Signal 10 auch mit einer Sicherheitseinrichtung 16, z. B. einem Airbagsystem des Kraftfahrzeugs, gekoppelt sein. Auch ist es möglich, das Signal 10 mit einem Fahrassistenzsystem zu koppeln, was dem Bediener z. B. beim Einparken hilft. Der Drehimpuls I würde dann angeben, wann beim Einparken mit verstärkten Drehbewegungen in eine bestimmte Richtung begonnen werden muss.
Die Bestromung der Spulen L1, L2, L3 kann dabei so gesteuert werden, dass die Masse 2 entsprechend der geforderten Intensität der Ausweichbewegung eher sanft oder heftig beschleunigt wird.
Die Ausführungsform der Erfindung wurde im Zusammenhang mit der Auslösung eines Drehimpulses I dargestellt. Der Drehimpuls I ist aber nur eine Ausführungsform einer allgemeineren Bewegungsgröße I. Grundsätzlich ist es auch möglich die Masse 2 im Lenkrad so zu bewegen, dass das Drehmoment I und/oder die zeitliche Änderung des Drehmomentes I des Lenkrades so beeinflusst wird, dass der Bediener eine Information über eine notwendige oder wünschenswerte Bedienungsrichtung erhalten kann.
In 1 wird die mindestens eine Masse 2 über drei induktive Mittel gesteuert. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass mehr als ein Massestück 2 verwendet wird. Auch ist der Antrieb der Masse 2 zusätzlich oder auch allein durch hydraulische, pneumatische und/oder magnetische Mittel möglich. Je nach gewünschter Bauform können diese Antriebsarten zusammen oder alleine verwendet werden.
Die Erfindung ist vorstehend im Zusammenhang mit einem Kraftfahrzeug beschrieben worden. Grundsätzlich kann die Erfindung aber auch im Zusammenhang mit anderen Fahrzeugen, wie z. B. Flugzeugen, Schiffen, Bahnen oder Ähnlichem verwendet werden.

1: Lenkrad, Lenkmittel
2: Masse
3: Lenkachse
4: Lenkradkranz
5: Hohlrohr
6: Elektromagnet
10: Signal
15: Lenkassistenzsystem
16: Sicherheitseinrichtung
17: Fahrdatensensor
18: Steuersignal
19: Steuereinrichtung
21: Anschlag
F: Bewegungsrichtung der Masse
I: Bewegungsgröße, Drehimpuls

Claims

Lenkrad eines Fahrzeugs mit a) einem Mittel zur Erzeugung mindestens einer Bewegungsgröße (I) durch Bewegung mindestens einer Masse (2) in dem Lenkrad und b) einem Mittel zur Erzeugung eines Signals (10) in Abhängigkeit von der mindestens einen Bewegungsgröße (I).
Lenkrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsgröße (I), ein Impuls, ein Drehimpuls oder die Änderung eines Drehmomentes ist.
Lenkrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bewegungsgröße (I) mindestens teilweise und/oder zeitweise senkrecht zur Lenkachse (3) des Lenkrades gerichtet ist.
Lenkrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Masse (2) im Lenkradkranz (4) des Lenkrades angeordnet ist.
Lenkrad nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Masse (2) in einem Hohlrohr (5), insbesondere als Teil des Lenkrades (1) angeordnet ist.
Lenkrad nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Masse einen Anteil aus Metall, einen Anteil eines ferromagnetischen Materials und/oder eine Wicklung aufweist.
Lenkrad nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der mindestens einen Bewegungsgröße (I) mindestens ein Signal (10) für einen Benutzer des Lenkrades (1) abgebbar ist.
Lenkrad nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Signal (10) ein akustisches, optisches, elektronisches, magnetisches und/oder haptisches Signal aufweist.
Lenkrad nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Signal (10) mit einem Lenkassistenzsystem (15) koppelbar ist.
Lenkrad nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Signal (10) mit einer Sicherheitseinrichtung (16) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einem Airbag, koppelbar ist.
Lenkrad nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kopplung mit einem Fahrdatensensor (17), der Fahrdaten eines Kraftfahrzeugs erfasst und eine Steuereinrichtung (19) in Abhängigkeit der erfassten Fahrdaten sofort oder später ein Steuersignal (18) für die mindestens eine Masse (2) abgibt.
Lenkrad nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrdaten die Position des Kraftfahrzeugs, die relative Position des Kraftfahrzeugs zu anderen Kraftfahrzeugen und/oder Gegenständen, die relative Position des Kraftfahrzeugs zur Fahrbahn, die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs enthalten.
Lenkrad nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (19) und/oder der Fahrdatensensor (18) ein Mittel zur Prädiktion der Bewegung des Kraftfahrzeugs aufweist, wobei das Steuersignal (18) für die Masse (2) in Abhängigkeit von der Prädiktion abgeben wird.
Lenkrad nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (18) mittels der Steuereinrichtung (19) eine Beschleunigung der Masse (2) und ggf. eine dadurch erzeugte Bewegungsgröße (I) bewirkt, wobei die Beschleunigung und/oder die Bewegungsgröße (I) in eine vorbestimmte Richtung, insbesondere in eine Lenkrichtung von einer erkannten Gefahrenquelle weg, zeigt.
Lenkrad nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch mindestens einen Anschlag (21), gegen den die mindestens eine Masse (2) prallen kann.
Lenkrad nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Masse (2) über ein pneumatisches Mittel, ein hydraulisches Mittel, ein magnetisches Mittel und/oder ein induktives Mittel (L1, L2, L3) bewegbar ist.
Lenkrad nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine pneumatisches Mittel, das mindestens eine hydraulische Mittel, das mindestens eine magnetische Mittel und/oder das mindestens eine induktive Mittel mit einer Lenkradheizung gekoppelt ist.
Lenkrad nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Masse (2) mit einem Mittel zur Trägheitsdämpfung und/oder einer Servolenkhilfe gekoppelt ist.
Fahrassistenzsystem und/oder Sicherheitseinrichtung eines Kraftfahrzeugs (10) gekoppelt mit einem Lenkrad nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fahrassistenzsystem und/oder Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Masse Teil eines Detektors ist, der die Bewegung des Lenkmittels (1) insbesondere induktiv erfasst.
Fahrassistenzsystem und/oder Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass in äußeren Erregerspulen für die mindestens eine Masse (2) eine Spannung erzeugt wird, die abhängig von der Drehbewegung des Lenkmittels ist, wobei der zeitliche Verlauf der induzierten Spannung für die Erfassung der Lenkbewegung verwendbar ist.
Verfahren zur Erzeugung mindestens eines Signals (10), wobei das Signal (10) in Abhängigkeit von der Erzeugung mindestens einer Bewegungsgröße (I) mittels einer Bewegung mindestens einer in einem Lenkrad befindlichen Masse (2) erzeugt wird.