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Die Erfindung betrifft ein System zum haptischen Feedback für ein Kraftfahrzeug mit Lenkstrang und Lenkrad, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Gattungsgemäße Systeme zum haptischen Feedback werden beispielsweise im Zusammenhang mit Einrichtungen zur automatischen Spurhaltung von Kraftfahrzeugen eingesetzt, um den Fahrzeuglenker bei einem etwaigen unbeabsichtigten Verlassen der Fahrspur rechtzeitig zu warnen. Zu diesem Zweck wird beispielsweise das Lenkrad in Schwingungen versetzt, welche sich vom Fahrzeugführer haptisch wahrnehmen und als Warnsignal deuten lassen.
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Derartige Spurhaltesysteme werden beispielsweise für Fahrten auf der Landstraße eingesetzt, wobei die Fahrspur vor dem Fahrzeug durch eine geeignete Fahrzeugsensorik erfasst und verarbeitet wird. Falls das Fahrzeug die Fahrspur – insbesondere nach rechts, und damit die Fahrbahn – zu verlassen droht, wird eine entsprechende haptische Warnung an den Fahrzeugführer ausgegeben. Auch bei der Fahrt auf mehrspurigen Autobahnen kommen solche Spurhaltesysteme zum Einsatz. Hierbei dient die Sensorik und das beim versuchten Spurwechsel ggf. ausgelöste haptische Feedback schwerpunktmäßig der Erfassung von bzw. der Warnung vor anderen Fahrzeugen, die sich beispielsweise im toten Winkel des Rückspiegels befinden, oder die sich mit hoher Differenzgeschwindigkeit von hinten nähern.
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Aus der
DE 102 49 354 A1 ist ein Spurhaltesystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei der eine am Lenkrad oder im Fahrzeugsitz angeordnete Vibrationseinheit Schwingungen im Lenkrad bzw. im Fahrzeugsitz verursacht, die als haptisches Warnsignal vom Fahrzeugführer wahrgenommen werden können.
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Dieses bekannte System zum haptischen Feedback ist konstruktiv jedoch vergleichsweise aufwändig. So ist zunächst einmal eine eigene Vibrationseinheit erforderlich, mit der die Schwingungen als haptisches Warnsignal erzeugt und in das Lenkrad bzw. in den Fahrzeugsitz eingeleitet werden können. Bei Anordnung der Vibrationseinheit im Lenkrad ist es zudem erforderlich, eine entsprechende Signalverbindung vom feststehenden Teil der Lenksäule auf die rotierende Lenkradwelle vorzusehen, über die die im Lenkrad angeordnete Vibrationseinheit angesteuert werden kann. Beides verursacht nicht unerheblichen konstruktiven Aufwand und damit entsprechende Kosten im Bereich der Lenksäule bzw. des Lenkrads. Ein ähnlicher Zusatzaufwand entsteht bei einer Anordnung der Vibrationseinheit im Fahrzeugsitz.
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Mit diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein haptisches Feedbacksystem bereitzustellen, mit dem sich die im Stand der Technik vorhandenen Einschränkungen überwinden lassen. Insbesondere soll das Feedbacksystem konstruktiv sowie bezüglich der Anordnung im Kraftfahrzeug einfach ausgebildet sein, und es soll mit einer möglichst geringen Anzahl an (zusätzlichen) Bauteilen auskommen. Ferner soll das Feedbacksystem mit möglichst geringem Aufwand an unterschiedliche Einsatzfälle bzw. Typen von Lenksäulen und Fahrzeugen angepasst werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein haptisches Feedbacksystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das gattungsgemäße System zum haptischen Feedback ist für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug mit Lenkstrang, Lenksäule und Lenkrad vorgesehen, und umfasst eine Einrichtung, mit der Schwingungen im Lenkrad erzeugt werden können. Dabei umfasst der Lenkstrang zumindest eine motorische Aktuatoreinrichtung, die einer vorhandenen Lenkfunktion des Lenkstrangs oder einer vorhandenen Verstellfunktion der Lenksäule zugeordnet ist, beispielsweise einen motorischen Aktuator für eine elektrische Servolenkung oder für eine elektrische Lenksäulenverstellung.
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Durch die Erfindung wird das haptische Feedbacksystem dergestalt weitergebildet, dass die Einrichtung zur Schwingungserzeugung mit durch die bereits vorhandene Aktuatoreinrichtung des Lenkstrangs gebildet ist. Dies erfolgt dadurch, dass die vorhandene Aktuatoreinrichtung gemäß der Erfindung zusätzlich zur Erzeugung von Schwingungen und deren Einleitung in die Lenksäule eingerichtet ist.
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Dies bedeutet mit anderen Worten zunächst, dass dank der Erfindung keine eigens (zusätzlich) vorzusehende Vibrationseinheit mehr erforderlich ist, die zur Erzeugung der als Warnsignal für den Fahrzeugführer vorgesehenen Schwingungen beispielsweise im Lenkrad dient, da die Aufgabe der Schwingungserzeugung bei dem vorliegenden haptischen Feedbacksystem nunmehr mit durch eine ohnehin vorhandene Aktuatoreinrichtung des Lenkstrangs erfolgt. Somit ist es infolge der Erfindung auch nicht mehr erforderlich, eine Vibrationseinheit eigens im Lenkrad oder im Fahrzeugsitz anzuordnen, wofür wiederum Zuleitungen und/oder entsprechende Schleifringe an der Lenksäule bzw. am Lenkrad erforderlich sind. Vielmehr erfolgt die Schwingungserzeugung im Bereich der Lenksäule bzw. des Lenkstrangs selbst, durch eine dort ohnehin vorhandene Aktuatoreinrichtung; und die dergestalt erzeugten Schwingungen werden – ähnlich wie Körperschall – mechanisch über die Lenkwelle auf das Lenkrad übertragen.
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Die Erfindung wird dabei unabhängig davon verwirklicht, auf welche Weise die Schwingungserzeugung erfolgt, solange hierzu eine bereits für die Lenkfunktion oder Verstellfunktion des Lenkstrangs vorhandene Aktuatoreinrichtung verwendet wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Schwingungserzeugung durch einen Elektromotor der vorhandenen Aktuatoreinrichtung des Lenkstrangs. Dabei wird der vorhandene Elektromotor durch wiederholten, insbesondere schnellen Drehrichtungswechsel so angesteuert, dass eine entsprechende Schwingung in der Aktuatoreinrichtung erzeugt und auf den Lenkstrang übertragen wird. Dies ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, als hierfür keine konstruktiven Änderungen im Lenkstrang bzw. an der vorhandenen Aktuatoreinrichtung vorgenommen werden müssen.
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Alternativ ist es möglich, einen eigenen Schwingungserzeuger, beispielsweise einen Elektromotor mit einem exzentrischen Rotorgewicht so an der Lenksäule anzuordnen, dass sich die erzeugten Schwingungen über die Lenksäule und die Lenkwelle auf das Lenkrad übertragen. Auch hierbei entfällt die Notwendigkeit zur Anordnung eines Schwingungserzeugers im Lenkrad, sowie der damit verbundene konstruktive und Verkabelungsaufwand.
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Gemäß bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung handelt es sich bei der Aktuatoreinrichtung des Lenkstrangs, die für die Schwingungserzeugung herangezogen wird, um eine elektrische Servolenkung, um eine elektromotorische Lenksäulenverstellung oder um eine elektromotorische Stellereinrichtung im Lenkstrang (zur aktuatorischen Beeinflussung des Übersetzungsverhältnisses zwischen Lenkradeinschlag und Radlenkwinkel). Auf diese Weise kann die Schwingungserzeugung im Lenkstrang ohne zusätzliche Baugruppen, und sogar ohne nennenswerte konstruktive Änderungen am Lenkstrang bzw. an der Lenksäule realisiert werden.
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Im Fall des Einsatzes einer vorhandenen elektromotorischen Lenksäulenverstellung zur Schwingungserzeugung ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die elektromotorische Lenksäulenverstellung eine durch den Elektromotor der Lenksäulenverstellung angetriebene Gewindespindel bzw. Verstellspindel umfasst, mit der die Verstellung der Lenksäule erfolgt. Auf diese Weise kann eine effektive Schwingungsübertragung auf die Lenksäule über die Wirkungskette Elektromotor → ggf. Getriebe → Verstellspindel → Lenksäule → Lenkrad erfolgen.
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In diesem Fall werden die Schwingungen im Lenkrad somit nicht nur infolge der Motorvibrationen und deren Übertragung in Form von Körperschall auf die Lenksäule sowie auf das Lenkrad erzeugt. Vielmehr erfolgen (durch die spezielle Ansteuerung des Motors) tatsächlich wechselnde Drehbewegungen der Gewindespindel der Lenksäulenverstellung, wodurch entsprechende kleine, wechselnde Verstellbewegungen der Lenksäule entlang der Axial- bzw. Vertikalverstellrichtung induziert werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Verstellung der Lenksäule durch die zur Erzeugung von Schwingungen eingerichtete bzw. herangezogene elektromotorische Lenksäulenverstellung entlang der Axialrichtung der Lenksäule. Dies führt zu einer besonders effektiven Umsetzung der Schwingungserzeugung durch die elektromotorische Lenksäulenverstellung im Hinblick auf die gewünschten haptisch wahrnehmbaren Schwingungsbewegungen im Lenkrad.
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Eine weitere, besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die vorhandene Aktuatoreinrichtung des Lenkstrangs (die also einer Lenkfunktion bzw. einer Verstellfunktion des Lenkstrangs dient), für die Realisierung des haptischen Feedbacks gegenständlich unverändert ist, wobei die Ausbildung der Aktuatoreinrichtung zur zusätzlichen Schwingungserzeugung lediglich in Form einer geänderten Ansteuerung der Aktuatoreinrichtung erfolgt. Mit anderen Worten lässt sich auf diese Weise das haptische Feedback praktisch ohne jede konstruktive oder gegenständliche Änderung des Lenkstrangs realisieren, ggf. sogar nur durch die Änderung der Software zur Ansteuerung der vorhandenen Aktuatoreinrichtung (z.B. Servolenkung oder elektrische Lenksäulenverstellung) im Lenkstrang.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige
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Fig.: eine Ausführungsform eines haptischen Feedbacksystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die Figur zeigt eine Ausführungsform für ein haptisches Feedbacksystem, welches in eine verstellbare Lenksäule eines Kraftfahrzeugs integriert ist. Man erkennt zunächst die verstellbare Lenksäule 1, welche im Wesentlichen ein Mantelrohr 2, ein Führungsrohr 3 und eine in Mantelrohr 2 und Führungsrohr 3 drehbar gelagerte, teleskopierbare Lenkwelle 4 umfasst. Zusätzlich ist das Mantelrohr 2 zusammen mit dem darin angeordneten Führungsrohr in Axialrichtung 5 sowie in (fahrzeugbezogener) Vertikalrichtung 6 gegenüber einer Befestigungsplatte 7 verstellbar.
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Zur Verstellung von Mantelrohr 2, Führungsrohr 3 und damit auch dem (nicht dargestellten) Lenkrad weist die Lenksäule 1 eine elektromotorische Verstelleinrichtung auf. Die Verstelleinrichtung umfasst im Wesentlichen einen Elektromotor 8 mit einem angeflanschten Schneckengetriebe 9, wobei das Schneckengetriebe 9 wiederum eine Gewindespindel 10 rotatorisch antreibt. Über die Anlenkung 11 der Gewindespindel 10 erfolgt dabei die Verstellung der Lenksäule entlang der Vertikalrichtung 6, während die Verstellung der Lenksäule entlang der Axialrichtung 5 über die weitere Anlenkung 12 der Gewindespindel (an der Befestigungsplatte 7) erfolgt. Der wahlweise Eingriff der Gewindespindel 10 mit den Anlenkungen 11 bzw. 12 erfolgt dabei über elektrisch gesteuert schaltbare Kupplungen.
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Zur Erzeugung von Schwingungen im Lenkstrang erfolgt eine entsprechende Ansteuerung des Elektromotors 8, beispielsweise indem in schneller Folge eine Drehrichtungsumkehr des Elektromotors 8 erzeugt wird. Diese Drehrichtungsumkehr überträgt sich über das Schneckengetriebe 9 auf die Gewindespindel 10 und erzeugt somit (über die Anlenkung 11 und/oder die Anlenkung 12 der Gewindespindel) entsprechende, schnell hin und her wechselnde Verstellbewegungen der Lenksäule entlang der Axialverstellrichtung 5 und/oder entlang der Vertikalverstellrichtung 6.
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Diese vibrierenden Verstellbewegungen übertragen sich über Mantelrohr 2, Führungsrohr 3 und Lenkwelle 4 auch auf das (nicht dargestellte) Lenkrad des Kraftfahrzeugs. Dort können die ursprünglich vom Elektromotor 8 erzeugten und über die Gewindespindel 10 in Form von Verstellbewegungen auf die Lenksäule übertragenen Schwingungen sodann vom Fahrzeugführer haptisch im Lenkrad spürbar wahrgenommen werden. Durch die auf diese Weise im Lenkrad wahrnehmbaren Schwingungen wird somit die entsprechende Warnfunktion des haptischen Feedbacksystems erfüllt.
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Wahlweise oder zusätzlich kann die Schwingungserzeugung im Lenkrad auch mittels Körperschall erfolgen, der sich im Wesentlichen vom Antriebsmotor 8 über Mantelrohr 2, Führungsrohr 3 und Lenkwelle 4 auf das Lenkrad überträgt, ohne dass dabei nennenswerte Verstellbewegungen mittels der Gewindespindel 10 induziert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksäule
- 2
- Mantelrohr
- 3
- Führungsrohr
- 4
- Lenkwelle
- 5
- Axialverstellrichtung
- 6
- Vertikalverstellrichtung
- 7
- Befestigungsplatte
- 8
- Elektromotor
- 9
- Schneckengetriebe
- 10
- Verstellspindel, Gewindespindel
- 11, 12
- Gewindespindel-Anlenkung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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