DE102018215606A1

DE102018215606A1 - Verfahren zum Erzeugen von haptischen Feedbacksignalen in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018215606A1
Application number: DE102018215606.9A
Authority: DE
Inventors: Manuel Behner; Sebastian Bartsch; Farina Brenk; Alfred Memmel; Friedhelm Langhorst; Matthias Quaing
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-09-13
Filing date: 2018-09-13
Publication date: 2020-02-20
Also published as: CN110893743A

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Erzeugen von haptischen Feedbacksignalen in einem Kraftfahrzeug angegeben. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das haptische Feedbacksignal 14 durch zumindest einen aktiven Schwingungsminderer 3 erzeugt und als mindestens eine Vibration 9 definierter Dauer 10 mittelbar oder unmittelbar an ein Fahrerhaus 7 oder an eine Fahrzeugkabine 2 oder an eine Fahrzeugkarosserie 8 weitergeleitet wird.

Description

Die folgende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von haptischen Feedbacksignalen an einen Fahrer in einem Kraftfahrzeug.
Die Verwendung von haptischen Feedbacksignalen an einen Fahrer in einem Kraftfahrzeug ist hinlänglich bekannt. Dazu gehört beispielsweise ein Vibrationsalarm an einem Lenkrad des Kraftfahrzeugs, welcher ausgelöst wird, um den Fahrer vor einer möglichen Gefahrensituation zu warnen.
Ebenso sind geräuscherzeugende Straßenmarkierungen bekannt, welche durch eine definierte Oberflächenbeschaffenheit über den Fahrzeugreifen und die Fahrzeugaufhängung eine Vibration in dem Kraftfahrzeug erzeugen, um ein haptisches Warnsignal an den Fahrer zu übermitteln, wenn das Kraftfahrzeug die Straßenmarkierungen überfährt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein alternatives Verfahren, zum Erzeugen von haptischen Feedbacksignalen an den Fahrer eines Kraftfahrzeuges aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Überwiegend sind in Kraftfahrzeugen passive bzw. auch semiaktive Stoß- bzw. Schwingungsdämpfer verbaut. Diese stellen eine relativgeschwindigkeitsabhängige Reaktionskraft, die entgegengesetzt zu ihrer Bewegungsrichtung wirkt. Bei semiaktiven Schwingungsdämpfern kann die Reaktionskraft in ihrer Stärke, nicht aber Wirkrichtung, beeinflusst werden. Im Zusammenspiel mit einer Federung werden Schwingungsdämpfer beispielsweise zwischen Rad und Fahrzeugaufbau (Achsdämpfer) oder zwischen Fahrzeugaufbau und Fahrerhaus (Fahrerhausdämpfer) oder zwischen Kabine und Sitz verbaut. Ein weiterer Einsatz könnte beispielsweise beim Lenkungsdämpfer liegen welcher bei motorisierten zweirädrigen Fahrzeugen eingesetzt wird.. Zu ihren Aufgaben gehört es u.a. Schwingungen im Resonanz- bzw. Eigenfrequenzbereich des Fahrzeugaufbaus bzw. des Fahrerhauses zu mindern bzw. deren Aufschaukeln zu verhindern. Aus komforttechnischer Sicht sollen sie weiter den Fahrzeugaufbau bzw. das Fahrerhaus bestmöglich vor höherfrequenten Schwingungen, die beispielsweise von der Fahrbahn über das Rad eingebracht werden, isolieren bzw. entkoppeln. Als Achsdämpfer ist es aus sicherheitstechnischer Sicht ihre Aufgabe für eine möglichst geringe dynamische Radlastschwankung zu sorgen um somit die Spurführung und Bremswirkung des Fahrzeuges zu gewährleisten. Die genannten Anforderungen stehen zueinander im Zielkonflikt. Beispielsweise kann durch eine Erhöhung der relativgeschwindigkeitsabhängigen Schwingungsdämpferkräfte das Nachschwingen im Resonanzfrequenzbereich des Fahrzeugaufbaus sowie die dynamischen Radlasten minimiert werden. Die Isolation des Fahrzeugaufbaus oder Fahrerhauses bei höheren Frequenzen würde sich allerdings erheblich verschlechtern. Dieser Zielkonflikt kann durch geregelte aktive Systeme bzw. Aktoren zur Schwingungsminderung, nachfolgend aktive Schwingungsminderer genannt, entschärft werden. Ihnen ist es, bis zu einer gewissen systemindividuellen Grenze, möglich unabhängig von ihrer Relativgeschwindigkeit Kräfte zu stellen. Dieser Vorteil, im Gegensatz zu passiven System die nur entgegengesetzt ihrer Bewegungsrichtung Kräfte stellen können, erlaubt es in Kombination mit einer geeigneten Regelungsstrategie, die oben genannten Zielkonflikte besser aufzulösen. Beispielhafte Ausführungsformen wären ein aktiver hydraulischer Schwingungsdämpfer, ein Linearmotor oder ein rotatorisch wirkender Aktor dessen Drehmoment über einen nicht näher spezifizierten Wandler in eine Kraft transformiert wird und als aktiver Schwingungsminderer fungiert.
In den modernen Kraftfahrzeugen werden des Öfteren aktive Schwingungsminderer verbaut. Wie bereits erwähnt ist eine Ihrer Hauptaufgaben unter Anderem störende Schwingungen eines (Teil-) Systems wie zum Beispiel eines Fahrersitzes, Fahrerhauses bzw. einer Fahrzeugkabine, einer Fahrzeugkarosserie oder eines Kraftradlenkers welche unter Anderem störende Geräusche verursachen können, definiert zu mindern oder im Idealfall gänzlich zu beseitigen. Die aktiven Schwingungsminderer beeinflussen durch gezielte Krafteinprägung die Bewegung des zu beruhigenden Systems. Dies kann beispielsweise mit Hilfe von Elektromagneten in Linearmotoren oder auch durch eine gezielte Veränderung der Druckverhältnisse des Dämpfungsmediums in einem Kraftfahrzeugschwingungsdämpfer erfolgen.
Bei einer Fahrerkabine eines Nutzkraftfahrzeugs kann somit beispielsweise durch eine gezielte Beeinflussung der Kabinenbewegung mit Hilfe eines aktiven Schwinungsminderers erreicht werden, dass die störenden Schwingungen reduziert oder im Idealfall beseitigt werden, indem der Aktor eine Übertragung der störenden Schwingung verhindert bzw. unterdrückt.
Die vorliegende Erfindung sieht gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 vor, dass das haptische Feedbacksignal durch zumindest einen aktiven Schwingungsminderer erzeugt und als mindestens eine periodische Schwingung definierter Dauer mittelbar oder unmittelbar an einen Fahrersitz, ein Fahrerhaus, Fahrzeugkabine, Fahrzeugkarosserie oder Kraftradlenker weitergeleitet wird.
Die aktiven Schwingungsminderer werden somit dazu verwendet, in definierten Situationen, entgegengesetzt zu der üblichen Funktionsweise, Schwingungen nicht zu reduzieren oder im Idealfall zu beseitigen, sondern aktiv zu erzeugen oder vorhandene definierte Schwingungen zu verstärken, welche als periodische Schwingungen mit definierter Dauer mit einer oder mehreren definierten Frequenzen als auch Amplituden an einen Fahrersitz, ein Fahrerhaus, Fahrzeugkabine, Fahrzeugkarosserie oder Kraftradlenker weitergeleitet werden und von dem Fahrer wahrgenommen werden. Solche periodischen Schwingungen definierter Dauer sind dem zuständigen Fachmann ebenfalls unter dem Begriff „Vibrationen“ bekannt. Diese können beispielsweise als Warnsignale in Gefahrensituationen, dienen.
Ebenfalls können auf diese Weise bereits vorhandene optische und/oder akustische Warnsignale und/oder Informationssignale unterstrichen, bzw. verstärkt werden. Die Wahrnehmung dieser Signale durch den Fahrer kann somit vorteilhafter Weise gesteigert und/oder definiert beeinflusst werden.
Es ist auch möglich über Charakteristiken der eingeleiteten Vibration, die beispielsweise ihrer Amplituden- und ihrer Frequenzzusammensetzung, ihrer Ein- und Ausblendung über eine Hüllkurve also die Gewichtung des zeitlichen Verlaufs der Vibration über eine weitere Zeitfunktion, ihrer Wiederkehr also die Dauer der Vibration und/oder die Dauer der Pausenzeiten zwischen mindestens zwei Vibrationen, dem Fahrer die Dringlichkeit der Warnung oder die Signalart zu vermitteln.
Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zum haptischen Feedback einer HiFi-Anlage oder anderer Entertainment-Geräte im Fahrerhaus eingesetzt werden, was in Bereich des autonomen Fahrens ab Autonomiestufe 4, bei der die Führung des Fahrzeugs dauerhaft vom System übernommen wird, besonders vorteilhaft ist.
Anhand folgender Figuren soll die Erfindung nun näher erläutert werden.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs in Ausgestaltung eines Personenkraftwagens;
2 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs in Ausgestaltung eines Lastkraftwagens;
3 eine schematische Darstellung eines haptischen Signals, umfassend mehrerer periodischer Schwingungen definierter Dauer.

Beispielhaft zeigt 1 schematisch ein Kraftfahrzeug in Ausgestaltung eines Personenkraftwagens. Dieser umfasst eine Karosserie 8 des Kraftfahrzeugs mit dessen Fahrzeugkabine 2, wobei die Karosserie 8 über mindestens einen Kraftfahrzeugschwingungsdämpfer 3 mit einer Fahrzeugaufhängung mit mindestens einem Fahrzeugrad 6 verbunden ist.
Der jeweils abgebildete Kraftfahrzeugschwingungsdämpfer 3 umfasst eine Kolbenstange 5, sowie einen Aktor 4. Der Kraftfahrzeugschwingungsdämpfer 3 ist somit als aktiver Schwingungsdämpfer ausgeführt und wird weiterführend als aktiver Schwingungsminder 3 bezeichnet.
Unter definierten Umständen, wie beispielsweise in Gefahrensituationen, werden durch den aktiven Schwingungsminderer 3 Vibrationen 9 mit definierter Dauer und Charakteristik durch eine gezielte Beeinflussung der Einfahrbewegung und/oder der Ausfahrbewegung der Kolbenstange 5 aus einem Dämpferrohr des aktiven Schwingungsminderers 3 erzeugt und über die Kolbenstange 5 in die Karosserie 8 des Kraftfahrzeugs 1, sowie in die Fahrzeugkabine 2 geleitet.
Diese werden als ein Feedbacksignal 14 in Form einer Vibration von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 wahrgenommen.
Im Unterschied zu der 1 ist das in der 2 abgebildete Kraftfahrzeug 1 als ein Lastkraftwagen ausgeführt und verfügt zusätzlich über mindestens einen weiteren aktiven Schwingungsminderer 3, welcher zwischen dem Fahrzeugrahmen 13 und einem Fahrerhaus 7 angeordnet ist.
Dieser aktive Schwingungsminderer 3 kann dazu verwendet werden, mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens, haptische Feedbacksignale 14 an das Fahrerhaus 7 zu leiten.
Die 3 zeigt schematisch eine beispielsweise Ausführungsvariante eines haptischen Feedbacksignals 14.
Dieses umfasst mehrere Vibrationen 9 welche sich aus mehreren Amplituden und mehreren Frequenzen zusammensetzen und unterschiedliche definierte Dauer 10 aufweisen können, welche durch jeweils eine Schwingungspause 11 voneinander getrennt sind. Die Dauer 10 jeder Vibration 9, sowie die Dauer 12 der jeweiligen Vibrationspause 11 kann dabei anforderungsgemäß gewählt werden. Ebenfalls ist es möglich die Schwingungen mit einer weiteren Zeitfunktion bzw. mit einer Hüllkurve 15 zu gewichten um eine bestimmte Übergangscharakteristik bzw. Ein- und/oder Ausblendcharakteristik zu erreichen.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Fahrzeugkabine
3: aktiver Schwingungsminderer
4: Aktor
5: Kolbenstange
6: Fahrzeugrad
7: Fahrerhaus
8: Karosserie
9: Vibration
10: Dauer der Vibration
11: Vibrationspause
12: Dauer der Vibrationspause
13: Fahrzeugrahmen
14: Feedbacksignal
15: Hüllkurve
A: Amplitude
t: Zeit

Claims

Verfahren zum Erzeugen von haptischen Feedbacksignalen (14) in einem Kraftfahrzeug (1), dadurch gekennzeichnet, dass das haptische Feedbacksignal (14) durch zumindest einen aktiven Schwingungsminderer (3) erzeugt und als mindestens eine Vibration (9) definierter Dauer (10) mittelbar oder unmittelbar an ein Fahrerhaus (7) oder an eine Fahrzeugkabine (2) oder an eine Fahrzeugkarosserie (8) weitergeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das haptische Feedbacksignal (14) durch eine gezielte Beeinflussung der Bewegungen der Kolbenstange (5) durch den Aktuator (4) des aktiven Schwingungsminderer (3) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das haptische Feedbacksignal (14) als mindestens zwei aufeinanderfolgende Vibrationen (9) definierter Dauer (10) dargestellt wird, wobei sich die Vibrationen (9) durch deren jeweilige Dauer (10) und/oder eine Zusammensetzung deren Amplituden (A) und/oder Frequenzen unterscheiden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das haptische Feedbacksignal (14) als mindestens zwei aufeinanderfolgende Vibrationen (9) definierter Dauer (10) dargestellt wird, wobei sich die Vibrationen (9) durch deren Gewichtung mittels individuell definierter Hüllkurve (15) unterscheiden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinanderfolgenden Vibrationen (9) durch Schwingungspausen (11) definierter Dauer (12) voneinander getrennt sind.