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Die Erfindung betrifft eine Steuerung eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Eingabeeinrichtung, mittels derer ein Fahrer die Bewegung eines Kraftfahrzeugs steuern kann.
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Ein Kraftfahrzeug umfasst üblicherweise vier Räder, von denen zwei an einer Vorderachse und zwei an einer Hinterachse angebracht sind. Die Räder der Vorderachse sind lenkbar und Räder an einer der Achsen können angetrieben werden. Ein Lenkwinkel der lenkbaren Räder wird üblicherweise mittels eines Lenkrads und ein Drehmoment an Antriebsrädern mittels Pedalen durch einen Fahrer gesteuert. Die Hinterräder sind nicht lenkbar und können zur dynamischen Stabilisierung des Kraftfahrzeugs beitragen. Ein minimaler Kurvenradius des Kraftfahrzeugs ist durch einen maximalen Lenkwinkel der lenkbaren Räder begrenzt und beträgt üblicherweise mehrere Meter.
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Ein insbesondere elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, das vorwiegend für den Einsatz im Kurzstrecken- oder Stadtverkehr vorgesehen ist, kann vier lenkbare Räder umfassen und ein Lenkwinkel kann gegenüber einem konventionellen Konzept vergrößert sein, sodass eine erhöhte Agilität oder eine verbesserte Rangierfähigkeit erzielt werden können. Beispielsweise können die Lenkwinkel ±90° erreichen, sodass das Kraftfahrzeug auch seitwärts fahren oder sich um eine Hochachse drehen kann.
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DE10204742A1 zeigt ein Flurförderfahrzeug, das mittels eines Joysticks gesteuert werden kann.
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Ein an mehreren Achsen lenkbares Kraftfahrzeug sicher zu rangieren und gleichzeitig die vorhandenen Freiheitsgrade auszunützen, hat sich als schwierig erwiesen. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Technik zum Steuern eines Kraftfahrzeugs mit vier lenkbaren Rädern anzugeben. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Ein Steuersystem für ein Kraftfahrzeug mit vier lenkbaren Rädern umfasst eine Abtasteinrichtung zur Abtastung einer Bewegung eines Bedienelements und eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Räder so zu lenken, dass sie in einer Richtung rollen können, die einer Bewegungsrichtung des Bedienelements entspricht.
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Das Steuersystem ist nicht auf ein Lenkrad angewiesen, sondern erlaubt es einem Fahrer des Kraftfahrzeugs, eine Bewegung vorzugeben, die das Kraftfahrzeug dann reproduzieren kann. Die Steuerung des Kraftfahrzeugs kann dadurch intuitiver sein und ein Fahrer kann sich verbessert darauf konzentrieren, wo das Kraftfahrzeug hinzubewegen ist und wird nicht dadurch abgelenkt, eine möglicherweise komplexe Mechanik zum Bewirken der Bewegung zu bedienen.
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Es ist besonders bevorzugt, dass das Bedienelement in eine gewünschte Rollrichtung des Kraftfahrzeugs geneigt oder verschoben werden kann. Ein neigbares Bedienelement ist beispielsweise als Joystick bekannt. Das Neigen oder Verschieben erfolgt bevorzugterweise bezüglich einer Ebene, die parallel zu einem Untergrund des Kraftfahrzeugs liegt. Eine Bewegung des Bedienelements nach rechts kann beispielsweise bewirken, dass das Kraftfahrzeug nach rechts rollen kann. Dabei kann auch eine schräge Rollrichtung, bezogen auf eine Längs- oder Querachse des Kraftfahrzeugs, realisiert werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass wenigstens eines der Räder antreibbar ist, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, eine Antriebskraft des Rads in Abhängigkeit eines Betrags der Bewegung des Bedienelements zu steuern. Dabei ist ein direkter, insbesondere ein proportionaler Zusammenhang bevorzugt, sodass die Antriebskraft umso größer ist, je größer die Bewegung des Bedienelements ist. In einer alternativen Ausführungsform kann die Antriebskraft jedoch auch mittels eines anderen Eingabeinstruments bewirkt werden, beispielsweise eines Pedals oder eines manuellen Eingabegeräts.
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Es ist besonders bevorzugt, dass eine mittels des Rads auf das Kraftfahrzeug ausgeübte Beschleunigung vom Betrag der Bewegung abhängig ist. Ein ähnlicher Zu- sammenhang kann einem Fahrer des Kraftfahrzeugs von einem konventionellen Kraftfahrzeug bekannt sein, wo eine Beschleunigung von einer Bewegung eines Gaspedals abhängig ist.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Bedienelement um eine Hochachse drehbar ist, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die vier Räder so zu lenken und einen Antrieb wenigstens eines der Räder so zu steuern, dass das Kraftfahrzeug in Abhängigkeit der Drehung des Bedienelements um eine Hochachse gedreht wird.
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Dabei ist bevorzugt, dass die Hochachse des Kraftfahrzeugs innerhalb der Fahrzeugumrisse liegt. Idealerweise verläuft die Hochachse um einen geometrischen Mittelpunkt oder einen Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs oder durch einen Bereich, in dem das Bedienelement angeordnet ist. Die Drehung des Kraftfahrzeugs um seine Hochachse kann dadurch unabhängig von seiner horizontalen Bewegung bewirkt werden. Die Drehung um die Hochachse und die oben beschriebene horizontale Bewegung des Kraftfahrzeugs können vorteilhafterweise mittels des gleichen Bedienelements gesteuert werden.
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Dabei ist besonders bevorzugt, dass eine Drehrichtung und/oder eine Drehbeschleunigung des Bedienelements und des Kraftfahrzeugs einander entsprechen. Wird das Bedienelement beispielsweise nach links gedreht, so kann das Kraftfahrzeug um die Hochachse nach links gedreht werden. Die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs um die Hochachse kann von einem Verdrehwinkel des Bedienelements, seiner Drehbeschleunigung oder einer Drehgeschwindigkeit abhängig sein.
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In einer weiteren Ausführungsform liegt das Bedienelement lose auf einer Haltefläche auf. Die Haltefläche liegt bevorzugterweise parallel zu einem Untergrund des Kraftfahrzeugs. Das Bedienelement kann beispielsweise ein mehr oder weniger abstrahiertes Modell des Kraftfahrzeugs umfassen, sodass ein Fahrer die gewünschte Manipulation des Kraftfahrzeugs an dem Modell durchführen kann, während die Steuereinrichtung die Manipulation auf das Kraftfahrzeug überträgt. Das Modell kann die Ausrichtung des Kraftfahrzeugs dem Fahrer haptisch vermitteln. In einer weiteren Ausführungsform kann die Haltefläche beispielsweise ein sogenanntes Touchpad oder Trackpad umfassen und das Bedienelement kann beispielsweise durch einen Finger des Fahrers gebildet sein. In bekannter Weise kann eine Drehung durch Einsatz zweier voneinander beabstandeter Finger eingegeben werden.
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In einer alternativen Ausführungsform ist das Bedienelement aus einer Nullstellung heraus um einen vorbestimmten Betrag verschiebbar, verschwenkbar oder verdrehbar. Dabei ist bevorzugt, dass das Bedienelement in die Nullstellung zurückbewegt wird, wenn eine Betätigungskraft des Fahrers nachlässt. Es kann eine konstante oder proportionale Rückstellkraft vorgesehen sein, die beispielsweise mittels eines elastischen Elements bewirkt wird oder es kann eine Kraftrückkopplung vorgesehen sein, die die Rückstellkraft in Abhängigkeit eines Fahrparameters des Kraftfahrzeugs, beispielsweise einer Beschleunigung oder einer Geschwindigkeit, aufbringt.
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Ein Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs mit vier lenkbaren Rädern umfasst Schritte des Abtastens einer Bewegung eines Bedienelements, des Bestimmens einer Rollrichtung des Kraftfahrzeugs auf der Basis der Bewegungsrichtung des Bedienelements und des Bestimmens und Einstellens von Lenkwinkeln der vier Räder derart, dass die Räder in der Rollrichtung rollen können. Das Verfahren kann insbesondere mittels der oben beschriebenen Steuereinrichtung durchgeführt werden.
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Ein Computerprogrammprodukt umfasst Programmcodemittel zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinrichtung abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 ein Kraftfahrzeug mit einem Steuersystem;
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2 verschiedene Rollrichtungen des Kraftfahrzeugs von 1;
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3 eine Drehung des Kraftfahrzeugs von 1;
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4 eine kombinierte Bewegung des Kraftfahrzeugs von 1; und
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5 unterschiedliche Eingabevorrichtungen für das Steuersystem aus 1 darstellt.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 100 mit einem Steuersystem 105. Das Kraftfahrzeug 100 umfasst vier Räder 110, die einzeln und unabhängig voneinander lenkbar sind. Dazu können die Räder 110 jeweils beispielsweise mittels einer Achsschenkellenkung 115 an einer Karosserie des Kraftfahrzeugs 100 angebracht sein. Maximale Lenkwinkel der Räder 110 können bis zu ±90° oder mehr betragen. Ein Antriebssystem des Kraftfahrzeugs 100 ist dazu eingerichtet, wenigstens eines der Räder 110 anzutreiben. Bevorzugterweise kann jedes der Räder 110 einzeln und unabhängig von den anderen Rädern 110 bezüglich seiner Rollrichtung und Rollgeschwindigkeit bzw. der mittels des Rads 110 bewirken Antriebskraft gesteuert werden. Dazu kann an jedem Rad 110 ein Radnabenmotor 120 vorgesehen sein. Der Radnabenmotor 120 kann beispielsweise elektrisch oder hydraulisch ausgeführt sein.
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Es wird vorgeschlagen, einen Fahrerwunsch bezüglich Lenkwinkeln der einzelnen Räder 110 und gegebenenfalls auch bezüglich ihrer Rollbewegungen statt mittels des Lenkrads 130 mittels einer Abtasteinrichtung 140 zu bestimmen. Eine Steuerung einer Beschleunigung und/oder Verzögerung des Kraftfahrzeugs kann in einer Ausführungsform konventionell, etwa mittels eines Pedals 135, erfolgen. Es können auch mehrere, voneinander unabhängige Gas- und Bremspedale 135 vorgesehen sein. Die Abtasteinrichtung 140 ist dazu eingerichtet, eine Bewegung eines Bedienelements 145 abzutasten, wobei das Bedienelement 145 durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs 100 bewegt werden kann. Die Abtasteinrichtung 140 und die Steuereinrichtung 125 sind vom Steuersystem 105 des Kraftfahrzeugs 100 umfasst.
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In einer weiteren Ausführungsform können auch die Beschleunigung und/oder Verzögerung des Kraftfahrzeugs 100 durch die Bewegung des Bedienelements 145 gesteuert werden. Beispielsweise kann die Stärke einer Auslenkung des Bedienelements 145 die Stärke einer Beschleunigung bzw. Verzögerung und die Richtung der Bewegung die Beschleunigungsrichtung beeinflussen.
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Es ist insbesondere bevorzugt, die Steuerung des Kraftfahrzeugs 100 mittels des Steuersystems 105 bei einer geringen Fahrgeschwindigkeit einzusetzen, die einem Rangierbetrieb des Kraftfahrzeugs 100 entsprechen kann. Wird eine höhere Geschwindigkeit erreicht, beispielsweise ca. 6 bis 10 km/h, so kann die Steuerung des Kraftfahrzeugs 100 wieder konventionell, beispielsweise mittels des Lenkrads 130 und/oder des Pedals 135 erfolgen. Die Umschaltung zwischen den unterschiedlichen Eingabemodi kann durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs aktiv steuerbar sein, beispielsweise mittels eines Schalters oder Tasters 150. Auf ähnliche Weise kann auch ein Parameter verändert werden, der eine Charakteristik der Steuerung des Kraftfahrzeugs 100 mittels des Steuersystems 105 beeinflusst, beispielsweise eine Empfindlichkeit der Abtasteinrichtung 140.
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Die Steuereinrichtung 125 kann eine Schnittstelle 155 zu einem Kollisionswarnsystem umfassen. Droht eine mittels des Steuersystems 105 gesteuerte Bewegung des Kraftfahrzeugs 100 zu einer Kollision, beispielsweise mit einem weiteren Kraftfahrzeug 100, zu führen, so kann das Kraftfahrzeug 100 automatisch abgebremst werden, beispielsweise bis in den Stillstand.
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2 zeigt verschiedene Rollrichtungen des Kraftfahrzeugs 100 von 1. Beispielhaft sind in 2A eine Rollrichtung nach vorne, in 2B eine Rollrichtung schräg nach rechts vorne und in 2C eine Rollrichtung quer nach rechts dargestellt. Zu dem Kraftfahrzeug 100 ist jeweils noch eine Stellung des Bedienelements 145 bezüglich der Abtasteinrichtung 140 dargestellt.
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Die Bewegung 210 des Bedienelements 145 ist exemplarisch bezüglich einer Nullstellung 205 dargestellt, die einer Ruheposition des Bedienelements 145 entsprechen kann. Die Bewegung 210 kann daher auch als Auslenkung des Bedienelements 145 aus der Nullstellung 205 aufgefasst werden. Bevorzugterweise werden beispielsweise elastische Elemente verwendet, um das Bedienelement gegen der Betätigungskraft eines Benutzers in Richtung der Nullstellung zu drängen. Eine Geschwindigkeit der Bewegung des Bedienelements 145 wird üblicherweise nicht weiter ausgewertet, lediglich die Richtung und die Auslenkung können für die Steuerung des Kraftfahrzeugs 100 von Bedeutung sein.
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Es wird vorgeschlagen, dass von einer Bewegung 210 des Bedienelements 145 eine Bewegungsrichtung bestimmt und eine dazu korrespondierende Rollrichtung 215 des Kraftfahrzeugs 100 ermöglicht wird, indem Lenkwinkel der Räder 110 passend zur Rollrichtung 215 eingestellt werden. Es ist insbesondere bevorzugt, dass die Bewegungsrichtung und die Rollrichtung 215 parallel zueinander verlaufen.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass ein Betrag der Bewegung 210 bestimmt wird und dass eines oder mehrere der Räder 110 mittels eines Antriebsmotors in Drehung versetzt werden, um das Kraftfahrzeug 100 in Abhängigkeit des Betrags der Bewegung 210 anzutreiben bzw. zu beschleunigen oder zu verzögern. Ein Fahrer des Kraftfahrzeugs 100 kann so eine Bewegungsrichtung und eine Antriebskraft bzw. Beschleunigung des Kraftfahrzeugs 100 mittels der selben Bewegung 210 des Bedienelements 145 gleichzeitig steuern.
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3 zeigt eine Drehung des Kraftfahrzeugs 100 von 1. In dieser optionalen Ausführungsform kann eine Drehung des Kraftfahrzeugs 100 um eine Hochachse 305 durch einen Fahrer gesteuert werden, indem er das Bedienelement 145 um eine Hochachse 310 dreht. Eine Drehbewegung 315 des Kraftfahrzeugs 100 kann dadurch einer Drehbewegung 320 des Bedienelements 145 entsprechen. Insbesondere ist bevorzugt, dass Drehsinne der Drehbewegungen 315 und 320 einander entsprechen. Wird das Bedienelement 145 beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn gedreht, so soll auch das Kraftfahrzeug 100 gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden. Eine Drehbeschleunigung oder Drehgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 100 kann durch Antreiben eines oder mehrerer Räder 110 in Abhängigkeit eines Betrags der Drehbewegung 320 des Bedienelements 145 gesteuert werden.
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Die Hochachse 305 des Kraftfahrzeugs 100 verläuft üblicherweise vertikal und wird von Drehachsen aller vier Räder 110 geschnitten. Dabei ist bevorzugt, dass die Hochachse 305 innerhalb der Umrisse des Kraftfahrzeugs 100 verläuft. Anders als dargestellt kann die Hochachse 305 insbesondere durch eine geometrische Mitte des Kraftfahrzeugs 100 bezüglich seiner horizontalen Ausdehnung verlaufen. Die Hochachsen 305 und 310 verlaufen bevorzugterweise parallel zueinander und können auch zusammenfallen.
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4 zeigt eine kombinierte Bewegung des Kraftfahrzeugs 100 von 1. Dabei ist das Kraftfahrzeug 100 in vier unterschiedlichen Stellungen entlang der Bewegung dargestellt. Beispielhaft wird eine Drehung des Kraftfahrzeugs 100 gegen den Uhrzeigersinn zusammen mit einer Verschiebung gezeigt. Das Bedienelement 145 kann dazu bezüglich der Nullstellung 205 sowohl verdreht als auch verschoben werden.
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5 zeigt unterschiedliche Eingabevorrichtungen 505 für das Steuersystem 105 aus 1. Die Eingabevorrichtung 505 umfasst dabei jeweils eine Abtasteinrichtung 140 und ein Bedienelement 145. In allen dargestellten Ausführungsformen erfolgt die Bewegung 210 des Bedienelements 145 bevorzugterweise bezüglich einer Ebene, die im Allgemeinen parallel zu einem Untergrund des Kraftfahrzeugs 100 verläuft. Eine Drehbewegung 320 des Bedienelements 145 erfolgt bevorzugterweise um die Hochachse 310, die auf dieser Ebene senkrecht steht.
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5A zeigt eine Ausführungsform, bei der das Bedienelement 145 bezüglich der Ebene verschoben werden kann, um die Rollrichtung 215 des Kraftfahrzeugs 100 zu steuern. Eine Verdrehung des Bedienelements 145 um seine Hochachse 310 kann auch möglich sein.
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5B zeigt eine Ausführungsform, die als Joystick bekannt ist. Hier kann das Bedienelement 145 bezüglich der Ebene in die gewünschte Rollrichtung 215 geneigt werden. Die Neigung erfolgt üblicherweise um einen Drehpunkt, der in der Ebene oder darunter liegt. Eine Drehung des Bedienelements 145 um die Hochachse 310 kann ebenfalls abgetastet werden.
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In den Ausführungsformen von 5A und 5B kann auch jeweils eine vertikale Bewegung 210 des Bedienelements 145 abgetastet werden. Beispielsweise kann ein Niederdrücken des Bedienelements 145 einen Bremsvorgang des Kraftfahrzeugs 100 steuern.
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5C zeigt eine Ausführungsform, bei der die Abtasteinrichtung 140 nach dem Vorbild eines Touchpads oder Trackpads ausgeführt ist. Auf einer sensorisch abtastbaren Haltefläche 510 ist das Bedienelement 145 frei verschiebbar angeordnet. Dabei besteht bevorzugterweise in mehreren Punkten Kontakt zur Haltefläche 510, um auch eine Drehbewegung 320 des Bedienelements 145 um seine Hochachse 310 abtasten zu können. Das Bedienelement 145 kann das Kraftfahrzeug 100 symbolisieren oder miniaturisiert darstellen. Dazu kann das Bedienelement 145 ein Modell eines Kraftfahrzeugs oder insbesondere ein Modell des vorliegenden Kraftfahrzeugs 100 umfassen.
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In der in 5D dargestellten Ausführungsform ist das Bedienelement 145 durch einen Finger oder eine Hand des Fahrers des Kraftfahrzeugs 100 gebildet. Ähnlich wie in der Ausführungsform von 5C ist eine sensorisch abtastbare Haltefläche 510 vorgesehen, auf dem eine Bewegung 210 des Bedienelements 145 sensorisch abgetastet werden kann. Soll auch eine Drehung des Bedienelements 145 abgetastet werden können, so empfiehlt es sich, dass der Fahrer zwei Finger auf der Haltefläche 510 führt, deren Positionen bezüglich Verschiebebewegung und Drehbewegung 320 des Bedienelements 145 sensorisch abgetastet bzw. bestimmt werden können.
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Es ist zu beachten, dass die dargestellten Ausführungsformen der 5A bis 5D lediglich exemplarisch sind und dass noch andere Eingabevorrichtungen 505 denkbar sind, die dem oben erläuterten Prinzip folgen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kraftfahrzeug
- 105
- Steuersystem
- 110
- Rad
- 115
- Achsschenkellenkung
- 120
- Radnabenmotor
- 125
- Steuereinrichtung
- 130
- Lenkrad
- 135
- Pedal
- 140
- Abtasteinrichtung
- 145
- Bedienelement
- 150
- Schalter
- 155
- Schnittstelle
- 205
- Nullstellung
- 210
- Bewegung des Bedienelements
- 215
- Rollrichtung der Räder bzw. des Kraftfahrzeugs
- 305
- Hochachse des Kraftfahrzeugs
- 310
- Hochachse des Bedienelements
- 315
- Drehbewegung des Kraftfahrzeugs
- 320
- Drehbewegung des Bedienelements
- 505
- Eingabevorrichtung
- 510
- Haltefläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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