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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bedienelement zur Fahrzeugsteuerung, insbesondere für die Verwendung in einer Arbeitsmaschine. Unter Arbeitsmaschinen sind dabei vor allen Dingen Baumaschinen und Landmaschinen zu verstehen. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Steuern eines Fahrzeugs, umfassend ein erfindungsgemäßes Bedienelement.
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Es ist mithin bekannt, zur Bedienung und Steuerung von Arbeits- und/oder Anbaugeräten von Arbeitsmaschinen sogenannte X-by-Wire Systeme vorzusehen. So offenbart beispielsweise
DE 10 2005 054 474 A1 ein Bediengeräte für Sonderfahrzeuge, bei dem eine translatorische Bewegung in Längsrichtung eine Geschwindigkeitseinstellung bewirkt. Durch eine Drehbewegung kann eine Fahrtrichtung vorgegeben werden, wobei seitliche Krafteinwirkungen auf das Bediengerät folgenlos blieben.
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Hingegen zeigt
DE 10 2014 208 349 A1 ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zur Steuerung der Längs- und Querdynamik durch die Hand eines Bedieners. Dabei ist die Vorrichtung zur Steuerung hinsichtlich eines ersten und eines zweiten Freiheitsgrads bewegbar, wobei jeweils einem Freiheitsgrad ein änderbarer Parameter zugeordnet ist. Ein Freiheitsgrad zeichnet sich durch eine Drehbarkeit um eine Achse aus, während sich ein zweiter Freiheitsgrad durch ein Kippen um eine zweite Achse auszeichnet. Das Kippen um die zweite Achse bewirkt eine Geschwindigkeitsänderung (Beschleunigen oder Bremsen), während durch eine Drehbewegung um die erste Achse eine Richtungsänderung realisiert werden kann (Betätigung der Fahrzeuglenkung).
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Bedienelement vorzuschlagen, mit welchem eine Fahrzeugsteuerung, insbesondere für Arbeitsmaschinen, realisiert werden kann. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Zusammenführung von verschiedenen Funktionen mit nur einem Bedienelement. Dies führt zu einer deutlichen Vereinfachung hinsichtlich der Steuerung eines Fahrzeugs.
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Erfindungsgemäß ist das Bedienelement dabei um eine Rotationsachse drehbar. Eine Drehbewegung des Bedienelements erzeugt ein Signal, welches einen Lenkimpuls für die Ansteuerung einer Fahrzeuglenkung erzeugt bzw. bereitstellt. Somit kann durch die Drehbewegung ein Lenkwinkel bzw. eine Lenkwinkeländerung einer Fahrzeuglenkung vorgegeben werden.
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Das Bedienelement kann dabei in Form eines Drehschalters bzw. Drehreglers, insbesondere mit einer zylindrischen Geometrie ausgeführt sein. Es sind jedoch auch andere Ausführungen denkbar, insbesondere solche, welche sich für eine einhändige Bedienung eignen.
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Ferner weist das Bedienelement neben dem oben beschriebenen ersten Freiheitsgrad (Drehbarkeit) einen zweiten und einen dritten Freiheitsgrad bzgl. einer Positionsänderung des Bedienelements auf. Dabei äußert sich die Positionsänderung durch ein Schwenken um eine erste und/oder eine zweite Schwenkachse.
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Die beiden Schwenkachsen sind dabei orthogonal zueinander angeordnet. Idealerweise ist die Rotationsachse ebenfalls orthogonal zu den beiden Schwenkachsen angeordnet. Durch ein Schwenken um die erste Schwenkachse kann beispielsweise eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs verändert werden. Ein Schwenken um die zweite Schwenkachse kann darüber hinaus einen Fahrtrichtungsanzeiger betätigen bzw. deaktivieren.
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Insbesondere ist unter einer Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit zu verstehen, dass das Fahrzeug unterschiedlich stark beschleunigt oder gegebenenfalls auch verzögert wird. Somit kann ein Schwenken um die erste Schwenkachse sowohl einen Einfluss auf den Motor und das Getriebe des Fahrzeugs, aber auch auf die Bremsanlage des Fahrzeugs nehmen.
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Üblicherweise verfügen Fahrzeuge über Fahrtrichtungsanzeiger auf der linken und auf der rechten Fahrzeugseite. Ein Schwenken des Bedienelements um die zweite Schwenkachse nach links aktiviert dabei den Fahrtrichtungsanzeiger auf der linken Fahrzeugseite und analog dazu führt ein Schwenken des Bedienelements um die zweite Schwenkachse nach rechts den zu einer Aktivierung des Fahrtrichtungsanzeigers auf der rechten Fahrzeugseite.
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In vorteilhafter Weise verfügt das Bedienelement über einen vierten Freiheitsgrad hinsichtlich einer Positionsänderung. Dabei ist das Bedienelement in einer Ebene verschiebbar, wobei die Ebene durch die erste und die zweite Schwenkachse bestimmt wird. Ein Verschieben des Bedienelements von einer ersten Position in eine zweite Position bewirkt eine Veränderung einer Geschwindigkeitsvorgabe für das Fahrzeug.
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Der Unterschied zwischen einer Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit wie zuvor beschreiben im Vergleich zu einer Veränderung einer Geschwindigkeitsvorgabe besteht darin, dass bei der Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit vorrangig Einfluss auf den Motor bzw. die Getriebesteuerung genommen wird, während durch eine Geschwindigkeitsvorgabe eine Wunschgeschwindigkeit vorgegeben und bei Erreichen gehalten wird.
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Mit anderen Worten bildet ein Schwenken um die erste Schwenkachse und die damit einhergehende Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit die Funktion von Gas- und Bremspedal eines herkömmlichen Fahrzeugs ab. Hingegen wird durch das Verschieben des Bedienelements und der damit einhergehenden Änderung einer Geschwindigkeitsvorgabe die Funktion einer automatischen Geschwindigkeitsregelung abgebildet.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung verfügt das Bedienelement über eine Stelleinheit. Die Stelleinheit kann in Form von Federn, eines oder mehrerer Servos oder auch in Form elektrischer Motoren ausgeführt sein. Auch ist eine einfache Sperre bzw. Blockiermechanismus denkbar. Anhand der Stelleinheit sind Positionsänderungen bzgl. der beschriebenen Freiheitsgrade beeinflussbar. Dabei kann die Stelleinheit hinsichtlich eines oder mehrerer Freiheitsgrade aktiv werden.
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Funktional bedeutet dies, dass anhand der Stelleinheit beispielsweise ein Gegenmoment und/oder eine Gegenkraft bereitgestellt werden kann. Hierdurch kann wirksam verhindert werden, dass ein Drehen, Verschieben oder Schwenken des Bedienelements mit zu geringem Kraftaufwand möglich ist. Ungewollte Betätigungen durch den Bediener, beispielsweise hervorgerufen durch Stöße bei dem Durchfahren des mitunter unebenen Geländes, können somit vermieden bzw. in ihrer Ausprägung gedämpft werden. Weiter können Rückstellkräfte eingeleitet werden, so dass nach Betätigung des Bedienelements dieses in eine Ausgangsposition zurückgeführt wird. Insbesondere bei der Verwendung eines Servos oder eines elektrischen Motors kann dabei auch die Rückstellgeschwindigkeit beeinflusst werden. Auch können mithilfe der Stelleinheit beliebige Positionen festgesetzt, also auch gesperrt bzw. blockiert werden. Dies führt dazu, dass eine gewählte Position beibehalten wird, beziehungsweise eine ungewollte Positionsänderung unterbunden wird.
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Weiter vorteilhaft weist das Bedienelement bzgl. eines oder mehrerer Freiheitsgrade eine Nulllage auf. Beispielsweise kann hierdurch ein neutraler Lenkwinkel realisiert werden, was einer Geradausfahrt des Fahrzeugs entspricht. Auch hinsichtlich der Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit durch Schwenken um eine erste Schwenkachse ist das Vorsehen einer Nulllage denkbar. Dies würde beispielsweise dem Fahrzeugstillstand bei aufgetrenntem Antriebsstrang und/oder Leerlaufdrehzahl entsprechen. Somit würde eine ungewollte Beschleunigung des Fahrzeugs vermieden. Auch ist denkbar, eine Nulllage derart vorzusehen, dass ein Schwenken um die erste Schwenkachse in eine erste Richtung eine Beschleunigung hervorruft, in der Nulllage ein Leerlauf bzw. eine Neutralstellung realisiert wird und das Schwenken über die Nulllage hinaus in eine zweite Richtung ein Abbremsen des Fahrzeugs bewirkt. Weiter ist hinsichtlich der Geschwindigkeitsvorgabe aufgrund des Verschiebens des Bedienelements denkbar, dass eine Nulllage eine Neutralstellung abbildet, wohingegen das Verschieben in eine erste Richtung eine Geschwindigkeitsvorgabe in vorwärtiger Fahrtrichtung bewirkt und das entgegengesetzte Verschieben über die Nulllage hinaus eine Geschwindigkeitsvorgabe in rückwärtiger Fahrtrichtung bewirkt.
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Ferner wird eine Vorrichtung zum Steuern eines Fahrzeugs beansprucht. Neben dem erfindungsgemäßen Bedienelement umfasst die Vorrichtung zum Steuern des Fahrzeugs ein Steuergerät. Das Steuergerät und das Bedienelement sind dabei signalübertragend miteinander verbunden. Das Steuergerät eignet sich dabei insbesondere zum Einlesen von Signalen des Bedienelements, der Verarbeitung dieser Signale anhand einer vorgegebenen Logik bzw. eines Programmablaufs und der Ausgabe von Steuersignalen zum Betätigen einer Aktuatorik, beispielsweise zum Betätigen einer Lenkung des Fahrzeugs. Darüber hinaus kann das Steuergerät über ein Speicherelement verfügen, in welchem insbesondere verschiedene Parameter zur Abbildung von Fahrfunktionen oder auch Fahrmodi hinterlegt sind. Auch können individuelle Parameter beispielsweise durch den Bediener des Fahrzeugs gesetzt und hinterlegt werden.
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Je nach Programmablauf stellt das Steuergerät entsprechend einer zuvor beschriebenen Positionsänderung des Bedienelements ein proportionales oder ein nichtlineares Signal bereit.
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Unter einem proportionalen Signal ist dabei beispielsweise zu verstehen, dass in einem fixen Verhältnis (linear) eine Positionsänderung des Bedienelements in ein Signal zur Ansteuerung von Aktuatoren umgesetzt wird. Dies äußert sich in einer linearen Lenkwinkeländerung im Verhältnis zu der Drehbewegung des Bedienelements. Dabei sind beispielsweise eine Drehwinkeländerung des Bedienelements und Lenkwinkeländerung einer Lenkung zwar proportional zueinander, können im Absolutwert jedoch voneinander divergieren (beispielsweise aufgrund eines Multiplikators in der Signalbereitstellung oder einer Übersetzungsstufe im Aktuator). Bezüglich der Änderung der Fahrgeschwindigkeit wirkt sich auch das Schwenken um die erste Schwenkachse linear auf eine Geschwindigkeitszunahme aus. In gleicher Weise ändert sich die Geschwindigkeitsvorgabe durch Verschieben des Bedienelements in der Ebene ebenfalls proportional.
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Im Gegensatz dazu ist unter einem nichtlinearen bereitgestelltem Signal zu verstehen, dass beispielsweise die Funktion einer Überlagerungslenkung abgebildet werden kann. Somit werden weitere Parameter (beispielsweise die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit) berücksichtigt, um ein Signal zu Ansteuerung der entsprechenden Aktuatoren bereitzustellen. Daraus resultiert insbesondere bezüglich der Überlagerungslenkung, dass bei hohen Geschwindigkeiten eine Drehbewegung mit einer großen Drehwinkeländerung eine geringe Lenkwinkeländerung bewirkt. Im Gegensatz dazu bewirkt bei langsamen Geschwindigkeiten, insbesondere in einem Rangierbetrieb, eine geringe Drehwinkeländerung des Bedienelements eine große Lenkwinkeländerung der Fahrzeuglenkung.
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In weiteren Ausführungen ist auch denkbar, dass beispielsweise eine Beschleunigung oder eine Bremsleistung exponentiell mit dem Grad des Schwenkens um die jeweilige Schwenkachse ansteigen beziehungsweise zunehmen. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass im Rangierbetrieb ein feinfühliges Anfahren und Bremsen ermöglicht wird.
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Vorteilhaft können auch verschiedene Betriebsmodi zur Bereitstellung von Signalen durch das Steuergerät in diesem abgelegt werden. In vorteilhafter Weise steuert das Steuergerät auch die zuvor beschriebene Stelleinheit, soweit es sich hierbei um eine „aktive“ Stelleinheit (Servo, elektrischer Motor) handelt.
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren weiter erläutert. Es zeigen:
- 1: Eine schematische perspektivische Darstellung des Bedienelements;
- 2: Eine vereinfachte schematische Aufsichtdarstellung des Bedienelements.
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1 zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung das erfindungsgemäße Bedienelement 1. Dieses ist dabei als zylindrischer Drehregler ausgeführt. Über ein Koppelelement 2 ist das Bedienelement 1 beispielsweise mit einem nicht gezeigten Lagerpunkt verbunden. Der Lagepunkt kann sich beispielsweise in einem Cockpit, einer Armatur oder einer Schalt- und Bedientafel des Fahrzeugs befinden.
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Mit Strichlinien dargestellt sind eine Rotationsachse R, eine erste Schwenkachse S1 und eine zweite Schwenkachse S2. Die beiden Schwenkachsen S1, S2 sind dabei orthogonal zueinander angeordnet und bestimmen eine Ebene, zu welcher die Rotationsachse R ebenfalls orthogonal angeordnet ist.
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Das Bedienelement 1 ist um die Rotationsachse R drehbar, was anhand des Pfeils 3 verdeutlicht wird. Ferner ist das Bedienelement 1 um die erste Schwenkachse S1 schwenkbar, was durch den gebogenen Pfeil 4 angedeutet wird. Um die zweite Schwenkachse S2 ist das Bedienelement 1 ebenfalls schwenkbar, was durch den Pfeil 5 angedeutet wird. Der Pfeil 6 verdeutlicht die Verschiebung des Bedienelements 1 innerhalb der durch die beiden Schwenkachsen S1, S2 beschriebenen Ebene. Ein Verschieben des Bedienelements 1erfolgt somit entlang der zweiten Schwenkachse S2, wie durch den Pfeil 6 dargestellt.
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2 zeigt das bereits zuvor in 1 beschriebene Bedienelement 1, nun jedoch in einer Aufsichtdarstellung. Die Rotationsachse R steht dabei orthogonal in dem Schnittpunkt der beiden Schwenkachsen S1, S2. Um die beiden Schwenkachsen S1, S2 ist das Bedienelement 1 schwenkbar, wie anhand der Pfeile 4, 5 angedeutet. Das Verschieben des Bedienelements 1 entlang der zweiten Schwenkachse S2 wird durch den Pfeil 6 verdeutlicht.
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1 und 2 zeigen beide nicht das Steuergerät bzw. die Stelleinheit. Ebenfalls nicht gezeigt ist eine entsprechende Sensorik zur Erfassung der entsprechenden Positionsänderungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bedienelement
- 2
- Koppelelement
- 3
- Pfeil Drehbewegung
- 4
- Pfeil schwenken S1
- 5
- Pfeil schwenken S2
- 6
- Pfeil verschieben
- R
- Rotationsachse
- S1, S2
- Schwenkachsen
