DE102016123301A1

DE102016123301A1 - Verstellbares Lenkrad für autonome Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102016123301A1
Application number: DE102016123301.3A
Authority: DE
Inventors: Andrew Brown; John P. Joyce; Scott J. Lauffer; Steven R. El Aile; Samer Abbas
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2016-12-02
Publication date: 2017-06-22
Also published as: CN106904213B; GB201621106D0; GB2547312A; US10207697B2; CN106904213A; US20170174203A1; RU2016150086A; MX2016017036A

Abstract

Ein Lenkradpositionssteuersystem für ein Fahrzeug umfasst eine Steuerung für das Fahrzeug. Die Steuerung umfasst einen Prozessor und einen Speicher. Der Speicher speichert Anweisungen, die von dem Prozessor ausführbar sind. Die Steuerung ist dazu programmiert, Werte von den Sensoren zu empfangen. Die Steuerung befielt einem Schwenkmechanismus, auf Grundlage von Werten der Sensoren das Lenkrad in die verstaute Position vorzuspannen. Die Steuerung entfaltet zudem den Airbag auf Grundlage von Werten von den Sensoren, wobei das Lenkrad aus dem Entfaltungsraum des entfalteten Airbags geschwenkt wird.

Description

HINTERGRUND
In autonomen Fahrzeugen, die von einem Ort zum anderen Fahren können, ohne dass ein oder mehrere Eingriffe in der Regel durch einen Bediener erforderlich sind, z. B. Lenken, ist kein Lenkrad mehr erforderlich, um das Fahrzeug zu steuern. Die heutigen Fahrzeuge setzen jedoch in der Regel auf ein Lenkrad, um den Fahrerairbag unterzubringen. Weiterhin kann das fehlende Lenkrad und die damit verbundene Unmöglichkeit, das Fahrzeug manuell zu lenken, selbst in einem autonomen Fahrzeug, das dazu vorgesehen ist, ohne den Eingriff eines Bedieners zu fahren, zu einem potentiellen Liegenbleiben des Fahrzeugs und/oder zu einer gefährlichen Unmöglichkeit für einen Bediener, Kontrolle zu übernehmen, führen, beispielsweise bei einem Verlust der autonomen Funktion durch Wetter oder andere Gründe.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Seitenansicht einer beispielhaften Anordnung von Innensitz und Lenkradeines Fahrzeugs mit dem Lenkrad in erster Position.
2 ist eine schematische Seitenansicht der beispielhaften Anordnung von Innensitz und Lenkrad aus 1, mit dem Lenkrad in einer zweiten Position und einem entfalteten Airbag.
3 ist eine perspektivische Ansicht der beispielhaften Anordnung von Innensitz und Lenkrad aus 1.
4 ist eine perspektivische Ansicht der beispielhaften Anordnung von Innensitz und Lenkrad aus 2, mit dem Lenkrad in einer zweiten Position und einem entfalteten Airbag.
5 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Lenkradpositionssteuersystems.
6 ist ein Flussdiagramm einer beispielhaften Logik für das Lenkradpositionssteuersystem aus 5.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein verstellbares Lenkrad kann zwischen einer Fahrposition und einer verstauten Position verstellt werden. Das verstellbare Lenkrad verfügt über keinen Airbag. Der Fahrerairbag wird daher an einer anderen Stelle als dem Lenkrad angebracht, beispielsweise im Dach oder auf dem Armaturenbrett. Eine Fahrerseitenanordnung, die mit derjenigen der Beifahrerseite symmetrisch ist, könnte für die Position und Konstruktion des Fahrerairbags eingesetzt werden. Eine solche Gemeinsamkeit würde Entwicklungskosten reduzieren, indem eine einzige Crashsicherheitsanalyse/ein einziges Crashsicherheitsprogramm mit dem Lenkrad in einer beliebigen Position durchgeführt werden muss. Ein weiterer Vorteil eines solchen Systems ist die Fähigkeit, das Lenkrad leicht in die Lenkposition zu bewegen, um den manuellen Betrieb des Fahrzeugs zu ermöglichen, wenn der manuelle Betrieb erforderlich oder gewünscht ist.
Relative Ausrichtungen und Richtungen (beispielsweise ober, unter, unten, rückwärtig, vorn, zurück, hinten, außen liegend, innen liegend, einwärts, auswärts, links, rechts) werden in dieser Beschreibung nicht als Einschränkungen, sondern für die Bequemlichkeit des Lesers durch Darstellen mindestens einer Ausführungsform der beschriebenen Strukturen ausgeführt.
1 und 2 zeigen einen Teil eines beispielhaften Fahrzeugs 10 mit einem Fahrgastraum 12, der teilweise durch ein Dach 14 und eine Windschutzscheibe 16 definiert ist. Ein beispielhafter Fahrersitz 18 und ein beispielhaftes verstaubares Lenkrad 20 befinden sich im Fahrgastraum 12, wobei der Sitz 18 in einer herkömmlichen nach vorn gerichteten Richtung ausgerichtet ist. Das Lenkrad 20 ist in Fahrposition dargestellt. Ein Fahrer oder Insasse 22 ist im Sitz 18 dargestellt.
Das Lenkrad 10 ist an einem Lenkungsstützmodul 24 befestigt, das sich von einem Instrumententafelbereich 26 eines Armaturenbretts 28 erstreckt. Ein in 2 und 4 in entfaltetem Modus gezeigter Fahrerairbag 30 befindet sich im Armaturenbrett 28 des Fahrzeugs, wie in 4 gezeigt, oder alternativ im Dach und nicht im Lenkrad 20. Das von dem entfalteten Airbag 30 eingenommene Volumen kann als Entfaltungsraum 32 des Airbags 30 bezeichnet werden und ist in 4 mit einer gestrichelten Linie gezeigt. Das Lenkrad 20 und das Lenkungsstützmodul 24 können falls nicht benötigt außer Reichweite des Fahrers 22 in eine verstaute Position auf einer Unterseite des Armaturenbretts weggeschwenkt werden, wie in 2 dargestellt. Das Lenkrad 20 kann auch an den in 1 dargestellten Ort in Reichweite des Fahrers zurückbewegt werden. Ein Schwenkmechanismus 34, der in der beispielhaften schematischen Darstellung von 5 gezeigt ist, die ein beispielhaftes Lenkradpositionssteuersystem 35 darstellt, das zwischen Modul 24 und Armaturenbrett 28 angeordnet ist, ermöglicht dem Lenkungsstützmodul 24 die Aufrechterhaltung und Übertragung des Fahrerdrehmoments zum Lenkgetriebe des Fahrzeugs (nicht gezeigt), wenn sich Modul 24 und Lenkrad 20 in der Fahrposition befinden. Ein einem Beispiel eines Schwenkmechanismus 34 befinden sich Lenkrad und Stützmodul 24 durch eine Feder vorgespannt in verstauter Position. Eine gezielt ausrückbare Verriegelung (nicht gezeigt) des Schwenkmechanismus 34 hält das durch eine Feder vorgespannte Lenkungsstützmodul in der Fahrposition. In einer beispielhaften Ausführungsform wird eine elektromechanisch verstellbare Verriegelung eingesetzt. Die Verriegelung kann elektronisch über einen elektrisch gesteuerten Aktuator (nicht gezeigt) ausgerückt werden. Der Schwenkmechanismus 34, insbesondere der Aktuator, ist elektrisch mit einer elektronischen Steuereinheit 36 verbunden. Das Lenkrad wird durch Anheben des Lenkrads 20 gegen die Federspannung, bis ein Eingreifen der Verriegelung erreicht wird, in die Fahrposition zurückgestellt.
Wenn die Fahrzeuglenkung durch ein herkömmliches mechanisches Lenkgestänge bereitgestellt ist, umfasst ein beispielhaftes Modul 24 den oberen Teil einer Lenksäule. Falls das Lenksystem ein Steer-by-Wire-System ist, umfasst ein beispielhaftes Modul alternativ eine Kombination aus einem Rückkopplungsmotor, Sensoren 38 und einem gelagert angebrachten Wellenstumpf. Jeder Lenksystemtyp würde einen eigenen Schwenkmechanismus 34 erfordern. Weitere Details des Schwenkmechanismus 34 sind in dieser Offenbarung nicht erforderlich, da ein funktionsfähiger Schwenkmechanismus von einem Fachmann bereitgestellt werden kann.
Das Lenkrad 20 ist kleiner als die meisten herkömmlichen Lenkräder und hat in einer beispielhaften Ausführungsform einen maximalen äußeren Radius von ungefähr fünf Zoll. Das Lenkrad 20 kann oval oder bügelförmig sein, um die Größe weiter zu reduzieren. Wenn das Lenkrad 20 in die verstaute Position geschwenkt wird, kann es vom Lenksystem getrennt werden, um eine Verstauung in einer vorbestimmten Drehausrichtung zu ermöglichen, die unabhängig von der Lenkausrichtung der Fahrzeugräder ist und erneut ausgerichtet werden, wenn das Lenkrad wieder in die Fahrposition gebracht wird. Wenn es sich bei dem Lenksystem um ein Steer-by-Wire-System handelt, kann die oben beschriebene Trennung und anschließende erneute Verbindung durch Steuerungssoftware erreicht werden, die nachfolgend beschrieben wird. Wenn es sich bei dem Lenksystem um ein herkömmliches mechanisches Lenkgestänge handelt, könnte eine beispielhafte Kupplungsverbindung eingesetzt werden, in der eine Kupplung (nicht gezeigt) in der verstauten Position gelöst und in der Fahrposition erneut aktiviert wird. Das Aktivieren und Ausrücken der Kupplung erfolgt durch Schwenken des Moduls 24.
Das Lenkrad 20 und das Modul 24 fallen und schwenken nach unten in die verstaute Position, eine Stelle an einer Unterseite des Armaturenbretts 28, wenn das Entfalten des Fahrerairbags 30 erwartet wird oder stattfindet. Falls sich das Lenkrad 20 in Fahrposition befindet, fällt es nach unten aus dem Weg des Airbags 30, um das Entfalten des Airbags 30 zu ermöglichen. In der verstauten Position behindern das Lenkrad 20 und das Modul 24 die Entfaltung des Airbags 30 nicht. Wenn der Fahrer in einer aufrechten Position sitzt, kann er das Lenkrad 20 nicht erreichen, wenn es in der geschwenkten verstauten Position ist.
Das Lenksystem ist elektrisch mit der elektronischen Steuereinheit 36 verbunden und/oder kann als diese umfassend betrachtet werden, die alternativ als eine Steuerung oder ein Steuergerät bezeichnet wird. Die elektronische Steuereinheit 36 ist zudem elektrisch mit dem Airbag verbunden sowie auch mit Sensoren 38, die beispielsweise Gewichtssensoren in Sitzen, Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren, Beschleunigungsmesser, die Änderungen in der Fahrzeuggeschwindigkeit anzeigen, die auf ein Aufprallereignis hinweisen können, und Sitzpositionssensoren umfassen können. Sensoren 38 liefern elektrische Signale an die elektronische Steuereinheit 36, die ihre jeweiligen Parameter anzeigen. Während 5 Linien umfasst, die elektrische Verbindungen anzeigen, die durch Drähte bereitgestellt werden, können alternativ derartige elektrische Verbindungen kabellos unter Verwendung einer kabellosen Kommunikationstechnologie umgesetzt werden.
Die elektronische Steuereinheit 36 umfasst mindestens einen elektronischen Prozessor und einen zugehörigen Speicher. Die Betriebssystemsoftware des Prozessors ist für den Zugriff durch den Prozessor im Speicher gespeichert. Außerdem wird Steuerungssoftware zum Ausführen gewisser vorherbestimmter Aufgaben im Speicher aufrechterhalten. Der Speicher umfasst auch einen Pufferbereich oder einfacher einen Puffer, der die Speicherung und Manipulation von Daten erleichtert. Der genaue Aufbau der elektronischen Steuereinheit 36 ist für die vorliegende Beschreibung nicht von Belang und ist dem Fachmann bekannt. Die elektronische Steuereinheit 36 ist durch Steuerungssoftware programmiert, um das Lenkrad 20 und Modul 24 zu veranlassen, in die verstaute Position als Reaktion auf Daten der Sensoren 38, die von der elektronischen Steuereinheit 36 erfasst werden und auf ein Aufprallereignis hindeuten, zu steuern. In einer beispielhaften Ausführungsform erfolgt das Schwenken von Lenkrad 20 und Modul 24 in die verstaute Position, wenn der Aktuator des Schwenkmechanismus 34 die Verriegelung in eine ausgerückte Position löst, wobei eine Federspannung auf dem Modul 24 das Modul 24 und das Lenkrad 20 von der Fahrposition in die verstaute Position zu schwenken. Die elektronische Steuereinheit 36 ist durch die Software dazu programmiert, den Fahrerairbag 30, als Reaktion auf Daten von Sensoren 38, die von der elektronischen Steuereinheit 36 bestimmt werden und auf ein Aufprallereignis hinweisen, zu entfalten.
In der beispielhaften Logik von 6 werden die Schritte für ein Verfahren zum Bewegen oder Positionieren des Lenkrads 20 dargestellt. Ein Programm 40 wird mit Startblock 42 initiiert. Im Entscheidungsblock 44 erfolgt eine Bestimmung auf Grundlage von Signalen, die der elektronische Steuereinheit 36 verfügbar sind und sich darauf beziehen, ob sich das Fahrzeug im Betriebsmodus „Fahren“ befindet. Wenn bestimmt wird, dass sich das Fahrzeug nicht im Fahrmodus befindet, geht das Programm 40 zu einem Endblock 46 über. Wenn bestimmt wird, dass sich das Fahrzeug im Fahrmodus befindet, geht das Programm 40 zum Prozessblock 48 über. Der Prozessblock 48 weist die elektronische Steuereinheit 36 an, einen Wert von mindestens einem Sensor 38 zu lesen. Wenn der Sensor 38 gemäß Prozessblock 48 gelesen wurde, geht das Programm 40 zu Entscheidungsblock 50 über. Entscheidungsblock 50 bestimmt basierend auf dem Wert des Sensors 38, ob ein Aufprallereignis stattgefunden hat. Wenn kein Auftreten eines Aufprallereignisses bestimmt werden konnte, geht das Programm zurück zum Entscheidungsblock 44. Wenn ein Auftreten eines Aufprallereignisses bestimmt wurde, geht das Programm zu den Blöcken 52 und 54 über, um den Airbag 30 zu entfalten und das Lenkrad 20 zu schwenken. Die Schrittfolge von Schwenken und Entfalten wird festgelegt, um sicherzustellen, dass das Lenkrad 20 das Entfalten des Airbags 30 nicht behindert und kein Aufprallrisiko für den Fahrer 22 darstellt. Ein Airbag 30 kann beispielsweise zur gleichen Zeit oder sogar bevor das Lenkrad 20 geschwenkt wird, entfaltet werden, wenn feststeht, dass das Lenkrad 20 den Entfaltungsraum 30 verlassen hat, bevor der Airbag 30 komplett entfaltet wurde.
Es versteht sich, dass die vorliegende Offenbarung, einschließlich der obigen Beschreibung und der beiliegenden Figuren und der untenstehenden Ansprüche als darstellend und nicht als beschränkend zu sehen ist. Viele von den gegebenen Beispielen abweichende Ausführungsformen und Anwendungen würden für einen Fachmann beim Lesen der obigen Beschreibung ersichtlich werden. Der Schutzumfang der Erfindung sollte nicht unter Bezugnahme auf die obige Beschreibung bestimmt werden, sondern stattdessen unter Bezugnahme auf die hieran angehängten Ansprüche zusammen mit dem vollen Umfang von Äquivalenten, zu denen diese Ansprüche berechtigt sind, bestimmt werden. Sofern hier nicht anders angegeben oder qualifiziert ist, sind allen Anspruchsbegriffen ihre einfachen und gewöhnlichen Bedeutungen zuzumessen. Es ist zu erwarten und beabsichtigt, dass bei den hier besprochenen Fachgebieten zukünftige Entwicklungen stattfinden werden und dass die offenbarten Systeme und Verfahren in solchen zukünftigen Ausführungsformen integriert werden. Zusammengefasst versteht sich, dass der offenbarte Gegenstand modifiziert und abgewandelt werden kann.
Fig. 6
Bezugszeichenliste

44: Befindet sich das Fahrzeug im Modus „Fahren“?
48: Sensoren lesen
50: Deuten die Sensordaten auf ein Aufprallereignis hin?
52: Lenkrad schwenken
54: Airbag entfalten

Claims

Lenkradpositionssteuersystem für ein Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Steuerung für ein Fahrzeug, wobei die Steuerung einen Prozessor und einen Speicher umfasst, wobei der Speicher vom Prozessor ausführbare Anweisungen speichert und die Steuerung für Folgendes programmiert ist: Empfangen von Werten von mindestens einem Sensor; Befehlen eines Schwenkmechanismus auf Grundlage der Werte des Sensors, ein Lenkrad aus der Fahrposition in eine verstaute Position vorzuspannen; und Entfalten eines Airbags auf Grundlage der Werte des Sensors, wobei das Lenkrad aus dem Entfaltungsraum des entfalteten Airbags geschwenkt wird.
Positionssteuersystem nach Anspruch 1, wobei eine Federspannung das Lenkrad in die verstaute Position vorspannt.
Positionssteuersystem nach Anspruch 2, wobei das Lenkrad durch eine elektromechanisch verstellbare Verriegelung mit einer Eingriffsposition, in der die Verriegelung die Bewegung des Lenkrads in die verstaute Position verhindert, und einer ausgerückten Position, in der die Verriegelung die Bewegung des Lenkrads in die verstaute Position erlaubt, in der Fahrposition gehalten wird und als Reaktion auf einen Befehl an den Schwenkmechanismus sich in die ausgerückte Position bewegt.
Positionssteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Lenkrad einen kompakten Aufbau hat.
Positionssteuersystem nach Anspruch 1, wobei der Airbag in einem Armaturenbrett angeordnet ist.
Lenkradpositionssteuersystem für ein Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Steuerung für ein Fahrzeug, wobei die Steuerung einen Prozessor und einen Speicher umfasst, wobei der Speicher Anweisungen speichert, die von dem Prozessor ausführbar sind; ein Lenkrad ohne darin integrierten Airbag; wobei das Lenkrad am Lenkradmodul befestigt ist, wobei das Modul gezielt am Armaturenbrett zwischen einer Fahrposition, in der das Lenkrad sich innerhalb der Reichweite eines Insassen in einem Fahrersitz befindet, und einer verstauten Position, in der das Lenkrad außerhalb der Reichweite des Insassen befindet, schwenkbar ist; einen Sensor zur Erkennung eines Fahrzeugaufprallereignisses; einen Schwenkmechanismus, der das Lenkrad gezielt als Reaktion auf ein Befehlssignal von der Steuerung in die verstaute Position vorspannt; eine Steuerung, die programmiert ist zum: Empfangen von Werten vom Sensor; Befehlen des Schwenkmechanismus, auf Grundlage von Werten vom Sensor, das Lenkrad aus der Fahrposition in die verstaute Position vorzuspannen; und Entfalten des Airbags auf Grundlage von Werten des Sensors wobei das Lenkrad aus dem Entfaltungsraum des entfalteten Airbags geschwenkt wird.
Positionssteuersystem nach Anspruch 6, wobei eine Federspannung das Lenkrad in die verstaute Position vorspannt.
Positionssteuersystem nach Anspruch 7, wobei das Lenkrad durch eine elektromechanisch verstellbare Verriegelung mit einer Eingriffsposition, in der die Verriegelung die Bewegung des Lenkradmoduls in die verstaute Position verhindert, und einer ausgerückten Position, in der die Verriegelung die Bewegung des Lenkradmoduls in die verstaute Position erlaubt, in der Fahrposition gehalten wird und als Reaktion auf einen Befehl an den Schwenkmechanismus sich in die ausgerückte Position bewegt.
Positionssteuersystem nach Anspruch 6, wobei das Lenkrad einen kompakten Aufbau hat.
Positionssteuersystem nach Anspruch 6, wobei der Airbag im Armaturenbrett angeordnet ist.
Verfahren zum Positionieren eines Lenkrads, das Folgendes umfasst: Empfangen von Werten von einem Sensor; Befehlen eines Schwenkmechanismus, auf Grundlage von Werten von den Sensoren, das Lenkrad aus der Fahrposition in die verstaute Position vorzuspannen; und Entfalten des Airbags auf Grundlage von Werten von den Sensoren, wobei das Lenkrad aus dem Entfaltungsraum des entfalteten Airbags geschwenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Einsetzen einer Feder umfasst, um das Lenkrad in die verstaute Position vorzuspannen.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner das Halten des Lenkrads in der Fahrposition mit einer elektromechanisch verstellbaren Verriegelung mit einer Eingriffsposition, in der die Verriegelung die Bewegung des Lenkrads in die verstaute Position verhindert, und einer ausgerückten Position, in der die Verriegelung die Bewegung des Lenkrads in die verstaute Position erlaubt, und das Betätigen der Verriegelung als Reaktion auf Befehle an den Schwenkmechanismus umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner die Ausbildung des Lenkrads mit einem kompakten Aufbau umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Bereitstellen des Airbags im Armaturenbrett umfasst.