DE102017218278A1 - Method for activating a safety-relevant operating element - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aktivieren eines sicherheitsrelevanten Bedienelement eines Kraftfahrzeugs für ein die Längsdynamik oder Querdynamik oder Vertikaldynamik des Fahrzeugs beeinflussendes Stellorgan, welches auch fahrerunabhängig betätigbar ist, indem das Bedienelement vom Stellorgan mechanisch entkoppelt ist, und wobei in einem Störungsfall selbsttätig eine mechanische Koppelung zwischen dem Bedienelement und dem Stellorgan hergestellt wird, wobei die mechanische Koppelung durch Schwerkraft oder durch Verändern der Viskosität einer magnetorheologischen Flüssigkeit initiiert und/oder hergestellt wird. Dabei kann das Bedienelement für einen fahrerunabhängigen, d.h. autonomen Betrieb des Kraftfahrzeugs in eine Ruheposition gebracht werden, aus welcher das Bedienelement durch Schwerkraft oder durch Verändern der Viskosität einer magnetorheologischen Flüssigkeit in eine Arbeitsposition gebracht wird.The invention relates to a method for activating a safety-relevant control element of a motor vehicle for a longitudinal dynamics or lateral dynamics or vertical dynamics of the vehicle influencing actuator, which is also operable independently of the driver by the control element is mechanically decoupled from the actuator, and wherein automatically in a fault, a mechanical coupling between the control element and the actuator is produced, wherein the mechanical coupling is initiated by gravity or by changing the viscosity of a magnetorheological fluid and / or produced. In this case, the control element for a driver-independent, i. autonomous operation of the motor vehicle are brought into a rest position, from which the operating element is brought by gravity or by changing the viscosity of a magnetorheological fluid in a working position.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aktivieren eines sicherheitsrelevanten Bedienelements eines Kraftfahrzeugs für ein die Längsdynamik oder Querdynamik oder Vertikaldynamik des Fahrzeugs beeinflussendes Stellorgan, welches auch fahrerunabhängig betätigbar ist, indem das Bedienelement vom Stellorgan mechanisch entkoppelt ist, und wobei in einem Störungsfall selbsttätig eine mechanische Koppelung zwischen dem Bedienelement und dem Stellorgan hergestellt wird. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die
Grundsätzlich bekannt sind dem Fachmann die sog. X-by-wire-Systeme von Kraftfahrzeugen, beispielsweise Personenkraftwagen. Dabei steht der Buchstabe X beispielsweise für „brake“ oder „steer“, d.h. das Fahrzeug kann elektronisch gesteuert gebremst oder gelenkt werden, wobei die hierbei eingesetzte Aktuatorik, d.h. ein Stellorgan gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs, üblicherweise elektrisch bzw. elektromotorisch betätigt wird. Während einer solchen elektronischen Ansteuerung eines Stellorgans eines Kraftfahrzeugs, welches allgemein gesprochen die Längsdynamik oder die Querdynamik oder die Vertikaldynamik des Fahrzeugs beeinflussen kann, besteht üblicherweise keine mechanische Verbindung zwischen diesem Stellorgan und einem diesem zugeordneten Bedienelement, mit Hilfe dessen ein Nutzer bzw. Fahrer des Fahrzeugs auch auf dieses Stellorgan einwirken könnte bzw. einwirken können muss, wenn die Elektrik oder Elektronik zur Betätigung des Stellorganes ausfällt. Bei einem Steer-by-wire-System beispielsweise ist weiterhin ein Lenkrad vorhanden, mit welchem der Fahrer eine Lenkbewegung des Fahrzeugs initiieren kann, wenn er im Falle eines autonom fahrenden Fahrzeugs entweder selbst lenken will, oder wenn irgend ein Glied in der Kette des autonomen Fahrens ausgefallen ist. Gleiches gilt für ein Bremspedal zur Betätigung des Fahrzeug-Bremssystems, wobei wohl nicht weiter erläutert werden muss, dass es sich bei einem Lenksystem und einem Bremssystem um sicherheitsrelevante Systeme, die also auf die Fahrsicherheit des Fahrzeugs erheblichen Einfluss haben, handelt. Deren zugehörige Bedienelemente (des Fahrers), nämlich bspw. ein Lenkrad oder ein Bremspedal, werden vorliegend als sicherheitsrelevante Bedienelemente bezeichnet.Basically known to those skilled in the so-called. X-by-wire systems of motor vehicles, such as passenger cars. For example, the letter X stands for "brake" or "steer", i. the vehicle may be electronically controlled braked or steered, with the actuators used in this case, i. an actuator according to the preamble of the independent claim, is usually operated electrically or by electric motor. During such an electronic control of an actuator of a motor vehicle, which generally speaking can influence the longitudinal dynamics or the lateral dynamics or the vertical dynamics of the vehicle, there is usually no mechanical connection between this actuator and an associated control element, with the help of which a user or driver of the vehicle could act on this actuator or must be able to act if the electrical or electronic fails to operate the actuator. In a steer-by-wire system, for example, a steering wheel is still available, with which the driver can initiate a steering movement of the vehicle, if he wants to steer himself in the case of an autonomous driving vehicle, or if any member in the chain of autonomous Driving has failed. The same applies to a brake pedal for actuating the vehicle brake system, which probably need not be explained further that a steering system and a brake system are safety-relevant systems, which thus have a significant influence on the driving safety of the vehicle. Their associated controls (the driver), namely, for example, a steering wheel or a brake pedal, are referred to herein as safety-related controls.
Mit zunehmenden Funktionen einer automatisierten Fahrzeugführung, d.h. dem autonomen Fahren, können dem Fahrer oder Nutzer des Fahrzeugs zunehmend mehr Freiheiten im Fahrzeug-Innenraum gewährt werden. Wenn sich das Fahrzeug dann im autonomen Zustand befindet, in welchem der Fahrer weder die Längsführung noch die Querführung übernehmen muss, können die Pedalerie (also auch das Bremspedal), das Lenkrad oder auch Sitze in eine solche Position gebracht oder verfahren werden, welche dem Fahrer/Nutzer einen Komfortgewinn verschafft. Beispielsweise kann das Lenkrad in der Armaturentafel versenkt oder das Bremspedal im Fußraum vorzugsweise nach hinten oben verschwenkt werden.With increasing functions of automated vehicle guidance, i. autonomous driving, the driver or user of the vehicle can be increasingly granted more freedom in the vehicle interior. If the vehicle is then in the autonomous state in which the driver neither the longitudinal guide nor the transverse guide must take over, the pedals (including the brake pedal), the steering wheel or seats can be placed or moved to such a position, which the driver / Gives users a comfort gain. For example, the steering wheel sunk in the instrument panel or the brake pedal in the footwell are preferably pivoted backwards above.
Sicherheitsrelevante Systeme müssen entweder mehrfach redundant abgesichert sein oder eine mechanische Rückfallebene besitzen, welche gewährleistet, dass in einem Fehlerfall, welcher die elektrische Ansteuerung einer gewünschten Funktion verhindert, eine Vorgabe des Fahrers durch eine mechanische Verbindung an das System weitergegeben werden kann. Damit besteht also eine sog. mechanische Rückfallebene, welche derart ausgebildet ist, dass im Normalzustand bei voll funktionsfähigem System dieses durch eine geöffnete Kupplung mechanisch vom Bedienelement entkoppelt ist. Hierfür wird die Kupplung durch zumeist elektrisch bestromte Aktoren, wie bspw. Elektromagneten oder eine hydraulischen Pumpe, im offenen Zustand gehalten. In diesem Zustand ist ein bewegliches Bestandteil der besagten Kupplung gegen ein Federelement verspannt. Solange der genannte Aktor ausreichend mit elektrischem Strom versorgt wird, verbleibt die Kupplung im offenen Zustand und das zugeordnete System ist folglich mechanisch entkoppelt. Wird jedoch die Stromversorgung bspw. durch einen Fehler im System unterbrochen, so kann der Aktor keine weitere Kraft aufbringen und die Kupplung wird geschlossen, d.h. das bewegliche Kupplungselement wird getrieben vom genannten Federelement in den komplementären Kupplungsbestandteil hinein bewegt. Dabei können solche Kupplungen sowohl formschlüssig als auch kraftschlüssig ausgeführt sein.Safety-relevant systems must either be redundantly secured multiple times or have a mechanical fallback level, which ensures that in a fault, which prevents the electrical control of a desired function, a specification of the driver can be passed through a mechanical connection to the system. Thus, there is a so-called. Mechanical fallback level, which is designed such that in the normal state with fully functional system this is mechanically decoupled by an open clutch from the control. For this purpose, the clutch is held by mostly electrically powered actuators, such as. Electromagnet or a hydraulic pump, in the open state. In this state, a movable part of said coupling is clamped against a spring element. As long as said actuator is sufficiently supplied with electrical power, the clutch remains in the open state and the associated system is therefore mechanically decoupled. If, however, the power supply is interrupted, for example, by a fault in the system, the actuator can not apply any further force and the clutch is closed, i. the movable coupling element is driven by said spring element in the complementary coupling component moves into it. In this case, such couplings can be designed both positive and non-positive.
Es kann beispielsweise im Falle größerer oder schwerer KupplungsBestandteile, welche im Fehlerfall durch das genannte Federelement bewegt werden sollen, schwierig sein, ein geeignetes Federelement im zur Verfügung stehenden Bauraum unterzubringen. Daher soll hiermit eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit aufgezeigt werden, wie nach einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine (zunächst getrennte) mechanische Kopplung (wieder) hergestellt wird bzw. hergestellt werden kann (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).For example, in the case of larger or heavier coupling components, which are to be moved in case of failure by said spring element, it may be difficult to accommodate a suitable spring element in the available space. Therefore, an alternative or additional possibility should be shown here, as a method (according to the preamble of claim 1) (initially separate) mechanical coupling (re) is or can be produced (= object of the present invention).
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs und ist für ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Koppelung durch Schwerkraft oder durch Verändern der Viskosität einer magnetorheologischen Flüssigkeit initiiert und/oder hergestellt wird. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche. Insbesondere kann eine solche Aktivierung der Rückfallebene auch bei beweglichen größeren Bauteilen (nicht nur bei einem oben genannten beweglichen KupplungsBestandteil), wie bei einem beweglichen Bedienelement erfolgen. The solution to this problem results from the features of the independent claim and is for a method according to the preamble of claim 1, characterized in that the mechanical coupling is initiated by gravity or by changing the viscosity of a magnetorheological fluid and / or produced. Advantageous embodiments and further developments are content of the dependent claims. In particular, such Activation of the fallback level also for moving larger components (not only for a movable coupling component mentioned above), as with a movable operating element.
Vorgeschlagen ist somit einerseits, die Rückfallebene eines insbesondere X-by-wire-Systems mit Hilfe der Schwerkraft zu aktivieren. Dabei wird das System im Normalfall von einer vorzugsweise durch elektrischen Strom erzeugten Haltekraft bspw. mittels eines Elektromagneten oder auch von einer hydraulischen Kraft, welche elektrisch oder elektromotorisch erzeugt wird, offen gehalten, d.h. ohne mechanische Koppelung zwischen dem Stellorgan und dem zugeordneten Bedienelement gehalten. Kommt es dann zu einem Fehler, welcher das System stromlos schaltet, so wird die Rückfallebene durch die stets vorhandene Schwerkraft aktiviert. Eine andere Spannkraft, wie beispielsweise die Kraft eines weiter oben genannten Federelements ist dann nicht erforderlich, kann aber durchaus zusätzlich zur Schwerkraft vorgesehen sein. (In der eingangs als Stand der Technik genannten
Stark vereinfacht und abstrahiert kann dies für eine einfache mechanische Kupplung, die in einem mechanischen Betätigungsstrang zwischen einem Bedienelement (bspw. einem Lenkrad) und einem Stellorgan (bspw. einem mechanischen Lenkgetriebe) vorgesehen ist, wie folgt erläutert werden: Dabei befinde sich ein bewegliches Bestandteil der Kupplung von einem festen Kupplungsbestandteil getrennt in Vertikalrichtung des Fahrzeugs betrachtet oberhalb des festen Kupplungsbestandteils und wird durch einen Elektromagneten in dieser Position gehalten. Tritt dann ein Systemausfall ein, so wird der Elektromotor nicht weiter bestromt und es fällt das bewegliche Kupplungsbestandteile durch eine geeignete Führungsvorrichtung geführt auf bzw. in das feste Kupplungsbestandteil, wodurch die besagte Kupplung geschlossen wird und eine gewünschte mechanische Koppelung zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe hergestellt ist.To simplify and abstract this can be explained as follows for a simple mechanical coupling, which is provided in a mechanical actuation strand between an operating element (eg, a steering wheel) and an actuator (eg, a mechanical steering gear): This is a moving component the clutch is separated from a fixed clutch component viewed in the vertical direction of the vehicle above the fixed clutch component and is held in this position by an electromagnet. Then enters a system failure, the electric motor is no longer energized and it falls the movable coupling components guided by a suitable guide device on or in the solid coupling component, whereby said coupling is closed and made a desired mechanical coupling between the steering wheel and the steering gear is.
Nach einem weiteren Beispiel kann das Kraftfahrzeug mit einer einklappbaren Pedalerie versehen sein, welche es ermöglicht, die bspw. beiden Pedale im Fahrer-Fußraum, nämlich ein Bremspedal und ein Gaspedal, vorzugsweise zusammenhängend in eine sog. Ruheposition weg zu klappen, so dass dem Fahrer im Falle eines autonomen Fahrbetriebs mehr Platz im Fußraum zur Verfügung steht. Solange also in einem autonomen Fahrbetrieb der Fahrer keine Längsführungsaufgaben übernehmen muss, können die Pedale in eine Position gebracht werden, in welcher der Fahrer keinen direkten Zugriff auf diese hat. Wird hingegen die automatische Längsführungsfunktion des Fahrzeuges abgeworfen, weil ein Systemfehler vorliegt, ist die mechanische Rückfallebene in einer kurzen Zeitspanne zu aktivieren, wofür die Pedale in ihre Ausgangsposition oder Arbeitsposition gebracht werden müssen, in welcher der Fahrer dann wie bekannt selbst die Längsführung übernehmen kann. (Nur der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass eine übliche hydraulische Betätigung der Fahrzeugbremsanlage als mechanische Betätigung und somit auch als eine mechanische Kopplung zwischen dem Bremspedal und den Bremskolben an den Bremsbelägen der Reibungsbremsen an den Fahrzeugrädern zu verstehen ist). Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch an einer vorstehend genannten wegklappbaren Pedalerie darstellbar, indem insbesondere im autonomen Fahrbetrieb das bzw. die Pedal(e) durch eine elektrisch induzierte Haltekraft in einer eingeklappten Position gehalten werden. Tritt dann ein Fehler auf, wird die Rückfallebene durch Stromlos-Schalten des System aktiviert und es fällt/fallen das/die Pedal(e) aufgrund der Schwerkraft in diese Rückfallebene. Vorzugsweise rastet diese Pedalerie in einem definierten Punkt auf der Fallkurve mechanisch in einem mechanischen Übertragungsweg ein und ist dann aufgrund von erzieltem Formschluss für den Fahrer wie üblich nutzbar.According to another example, the motor vehicle may be provided with a folding pedals, which makes it possible, for example, two pedals in the driver's footwell, namely a brake pedal and an accelerator, preferably folded together in a so-called. Rest position, so that the driver in the case of autonomous driving more space in the footwell is available. So long as in an autonomous driving the driver does not need to take longitudinal guidance tasks, the pedals can be brought into a position in which the driver has no direct access to this. If, however, the automatic longitudinal guidance function of the vehicle is dropped because of a system error, the mechanical fallback mode is to be activated in a short period of time, for which the pedals must be brought to their starting position or working position, in which the driver can then take over the longitudinal guidance as known. (Only for the sake of completeness it should be mentioned that a common hydraulic actuation of the vehicle brake system is to be understood as mechanical actuation and thus also as a mechanical coupling between the brake pedal and the brake pistons on the brake linings of the friction brakes on the vehicle wheels). The method according to the invention can also be displayed on an above-mentioned foldable pedal, in that, in particular in autonomous driving, the pedal (s) are held in a folded-in position by an electrically induced holding force. If an error occurs then the fallback level is activated by the system being switched off and the pedal (s) fall / fall into this fallback area due to gravity. Preferably, these pedals locked in a defined point on the fall curve mechanically in a mechanical transmission and is then due to achieved positive engagement for the driver as usual available.
Im abhängigen Anspruch 2 ist dies so beschrieben, dass das Bedienelement für einen fahrerunabhängigen, d.h. autonomen Betrieb des Kraftfahrzeugs in eine Ruheposition gebracht wird, aus welcher das Bedienelement durch Schwerkraft oder durch Verändern der Viskosität einer magnetorheologischen Flüssigkeit in eine Arbeitsposition gebracht wird. Daher wird nun im Weiteren die Ausführungsform mit der magnetorheologischen Flüssigkeit beschrieben.In dependent claim 2 this is described so that the control element for a driver-independent, i. autonomous operation of the motor vehicle is brought into a rest position, from which the operating element is brought by gravity or by changing the viscosity of a magnetorheological fluid in a working position. Therefore, the embodiment with the magnetorheological fluid will be described below.
Magnetorheologische Flüssigkeiten haben die Eigenschaft, eine magnetfeldabhängige Viskosität zu besitzen. Das heißt, dass die Viskosität der Flüssigkeit innerhalb einer sehr kurzen Zeit durch ein äußeres Magnetfeld variiert werden kann. Dabei steigt die Viskosität der Flüssigkeit mit steigender Magnetfeldstärke. Diese Eigenschaft kann nun auch für die Funktion einer Rückfallebene in einem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise wie folgt genutzt werden: Im Normalfall, also im elektrisch bestromten Zustand wird ein Magnetfeld elektrisch induziert, welches zu einer hohen Viskosität der Flüssigkeit führt. Aufgrund der Viskosität kann ein beweglich angeordnetes Bauteil, so bspw. die bereits genannte Pedalerie oder auch ein bewegliches Bestandteil einer Kupplung mittels eines von der hochviskosen magnetorheologischen Flüssigkeit in einem Hydraulikzylinder gehaltenen Hydraulikkolbens in einer gewünschten Position gehalten werden. Kommt es zu einem Fehlerfall und somit zu einem stromlosen Zustand des Systems, so bricht das Magnetfeld zusammen und die Viskosität der Flüssigkeit nimmt schlagartig ab. Damit können die notwendigen Haltekräfte nicht mehr aufgebracht werden und der genannte Hydraulikkolben verlagert sich solchermaßen im geeignet vorgesehen Hydraulikzylinder, dass dabei die mechanische Rückfallebene aktiviert wird. Vorteilhafterweise besitzt die magnetorheologische Flüssigkeit auch im nicht bestromten und somit nicht magnetisierten Zustand eine gewisse Grundviskosität, welche die mechanische Bewegung bzw. Überführung in die Rückfallebene in einem durch die Dimensionierung von die magnetorheologische Flüssigkeit führenden Leitungen festlegbaren Umfang bedämpft. Dies gilt bspw. für ein Zurückverschwenken der weiter oben beispielhaft genannten Pedalerie in die Arbeitsposition auch zum Schutz des Fahrers vor einer Verletzung.Magnetorheological fluids have the property of having a magnetic field-dependent viscosity. That is, the viscosity of the liquid can be varied within a very short time by an external magnetic field. The viscosity of the liquid increases with increasing magnetic field strength. This property can now also be used for the function of a fallback level in a method according to the invention as follows: In the normal case, ie in the electrically energized state, a magnetic field is induced electrically, which leads to a high viscosity of the liquid. Due to the viscosity, a movably arranged component, for example the already mentioned pedal or also a movable component of a clutch can be held in a desired position by means of a hydraulic piston held in a hydraulic cylinder by the high-viscosity magnetorheological fluid. If there is an error and thus to a de-energized state of the system, so the magnetic field collapses and the viscosity of the liquid decreases abruptly. This allows the necessary Holding forces are no longer applied and said hydraulic piston displaced in such a way suitably provided hydraulic cylinder, that while the mechanical fallback level is activated. Advantageously, even in the non-energized and thus non-magnetized state, the magnetorheological fluid has a certain intrinsic viscosity which dampens the mechanical movement or transfer into the fallback level in a circumference that can be determined by the dimensioning of the lines leading the magnetorheological fluid. This applies, for example, for a swinging back of the above-exemplified pedals in the working position and to protect the driver from injury.
Im übrigen kann selbstverständlich eine soweit beschriebene magnetorheologische Koppelung mit einer schwerkraft-induzierten Koppelung und/oder mit einer durch ein Federelement ausgelösten Koppelung kombiniert werden. Weiter im übrigen ist in der eingangs als Stand der Technik genannten
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Legal Events
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| R163 | Identified publications notified |