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Bekanntermaßen besitzen heute übliche Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, eine im Wesentlichen ortsfeste Lenksäule, an welcher ein Lenkrad angeordnet ist, sowie eine ortsfeste Pedalerie-Vorrichtung. Besonders im Lenkradbereich sind neben dieser üblichen Gestaltung von Lenksäule und Lenkrad weitere Ausbildungen von Kfz-Lenkhandhaben denkbar und möglich, die sich beispielsweise durch gesteigerten Komfort aufgrund weitreichenderen Verlagerungsmöglichkeiten auszeichnen. So zeigt die
DE 102 59 684 A1 beispielsweise eine Lenkradhandhabe für ein Kraftfahrzeug, die an einem um eine im Wesentlichen in FahrzeugLängsrichtung verlaufende Achse verschwenkbaren Arm angeordnet und mit diesem verlagerbar ist.
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Ferner ist aus der oben genannten 1 916 652 deutschen Schrift ein Lenkrad bekannt, welche zur Komfortsteigerung, genauer zum besseren Aussteigen des Fahrzeuginsassen aus dem Fahrzeug, ein in Richtung des Fahrzeugbodens wegklappbares Lenkrad aufzeigt.
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Jedoch steigert sich insbesondere das Komfortverlangen im Zeitalter der Fahrerassistenzsysteme und dem autonomen Fahren mehr und mehr. So ist es beispielsweise aus Komfort- und Platzgründen erwünscht, bei einer autonomen Fahrzeugführung kein Lenkrad oder Pedalerie mehr in direkter Reichweite des Fahrers zu positionieren. Trotzdem muss der Fahrer jederzeit in der Lage sein, in das (autonome) Fahrgeschehen eingreifen zu können. Derartige Restriktionen und Übernahmebedingungen vom manuellen Fahren zum autonomen Fahren beschreiben eine technische Herausforderung bei der Entwicklung und Konstruktion von Fahrzeug und Fahrerzeugsystemen.
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Aus der
US 2018 033 4183 A1 ist eine Lenkhandhabe bekannt, welche zu einem Teil klappbar angeordnet ist.
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So ist aus der
DE 10 2016 210 622 A1 ein Verfahren zur Übernahme der Fahrzeugführung eines Kraftfahrzeuges von einem ersten Fahrzeugführungssystem auf ein anderes Fahrzeugführungssystem. Durch die Übergabe einer Fahrzeugführungsvorrichtung, welche Fahrzeugführungsvorrichtung ein Lenkrad sowie eine Pedalerie-Vorrichtung umfasst, geschieht der Wechsel der Fahrzeugführung von einem ersten Fahrzeugführungssystem auf ein zweites Fahrzeugführungssystem. Dabei wird die Fahrzeugführungsvorrichtung bei Betätigung einer Betätigungseinrichtung durch eine translatorische Bewegung von einer ersten Einbauposition in mindestens eine zweite Einbauposition im Fahrzeug gebracht.
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Ferner sind Lenksysteme bekannt, welche bei einer autonomen Fahrt in Richtung der Fahrzeugfront wegverschoben werden und bei einer manuellen Fahrt wieder aus (beispielsweise der Amaturentafel) hinausverschoben werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Lenksystem eines Fahrzeuges aufzuzeigen, welches insbesondere in einem autonomen Fahrmodus des Fahrzeuges einen größtmöglichen Komfort bietet und während eines manuellen Fahrmodus des Fahrzeuges trotzdem auf herkömmliche Art und Weise und ebenfalls komfortabel genutzt werden kann, ohne dass dabei eine aufwändige Vorrichtung oder Hilfsmittel verwendet werden.
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Die Lösung der Aufgabe ergibt sich durch ein Lenksystem eines Fahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Lenksystems nach dem Nebengeordneten Anspruch 9. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
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Es wird ein Lenksystem eines Fahrzeuges vorgeschlagen welches wenigstens ein lenkbares, bevorzugt zwei, Fahrzeugrad umfasst. Das Lenksystem umfasst ferner eine Lenkhandhabe, welche zur manuellen Betätigung einer Lenkbewegung des Fahrzeugrads mit dem Fahrzeugrad, bevorzugt mechanisch, koppelbar ist und welche um eine Achse parallel zur Fahrzeugquerachse (bevorzugt in Richtung Fahrzeugboden) verschwenkbar bzw. einklappbar ist.
Die Lenkhandhabe stellt dabei bevorzugt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Lenkrad mit einem Lenkradtopf, einem Lenkradkranz und zumindest einer den Lenkradtopf mit dem Lenkradkranz verbindende Speiche. Es ist alternativ jedoch auch möglich, dass die Lenkhandhabe eine Art Joystick oder ähnliches darstellt.
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Ferner umfasst das Lenksystem eine um eine Drehachse A drehbare Lenkwelle, welche mit der Lenkhandhabe koppel- und entkoppelbar ist. Mit dieser Lenkwelle wird eine von einem Fahrzeugführer manuell betätigte Drehbewegung eines Bedienelements der Lenkhandhabe im gekoppelten Zustand in eine Drehbewegung des Fahrzeugrads übertragen. Das Fahrzeugrad lenkt dann entsprechend dem Fahrerwunsch.
Die Übertragung der Lenkbewegung bzw. der Drehbewegung von dem Bedienelement der Lenkhandhabe auf das Fahrzeugrad kann dabei beispielsweise mechanisch bzw. elektrisch bzw. elektrohydraulisch erfolgen.
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Das Fahrzeug ist bevorzugt sowohl in einem autonomen (bzw. vollautomatisierten), als auch in einem manuellen (bzw. einem teilautonomen oder auch hochautomatisierten) Fahrmodus betreibbar.
In einem autonomen Fahrmodus übernimmt das Fahrzeug bzw. die Fahrzeugsteuerung bzw. ein Fahrerassistenzsystem die Fahrzeugführung. Ein Fahrzeugfahrer muss dann keine Fahrzeugführungsaufgabe mehr selbst übernehmen.
In einem teilautonomen oder hochautomatisierten Fahrmodus werden einzelne Fahrzeugführungsaufgaben, beispielsweise die Fahrzeugquerführung (also das Lenken) bzw. die Fahrzeuglängsführung (also das Beschleunigen und das Bremsen) von geeigneten Fahrerassistenzsystem übernommen.
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Im Bedarfsfall, beispielsweise in kritischen Situationen oder auch auf Wunsch des Fahrers selbst, muss bzw. kann der Fahrer oder ein Fahrzeuginsasse die Fahrzeugführung des Fahrzeuges zumindest teilweise selbst übernehmen. Ein Fahrmoduswechsel zwischen dem autonomen Fahrmodus in den manuellen Fahrmodus findet statt.
Im manuellen Fahrmodus übernimmt der Fahrzeugfahrer zumindest teilweise die Fahrzeugführung. Beispielsweise muss der Fahrzeugfahrer dann die Quer- und die Längsführung des Fahrzeuges übernehmen. Er muss also in zuletzt genanntem Beispiel, das Fahrzeug selbst, beispielsweise über eine Lenkhandhabe lenken bzw. über die Betätigung einer Pedalerie beschleunigen oder bremsen.
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Es ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass die Lenkhandhabe bzw. das Bedienelement der Lenkhandhabe (insbesondere ein Lenkrad) in einem manuellen Fahrzeugmodus mit der genannten Lenkwelle gekoppelt ist, sodass ein Fahrzeugführer das Fahrzeug manuell lenken kann. Das Bedienelement der Lenkhandhabe befindet sich dann in einer ausgeklappten (also nicht verschwenkten) Position.
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In einem autonomen Fahrmodus ist es dabei vorzugsweise vorgesehen, dass die Lenkhandhabe von der Lenkwelle entkoppelt ist und somit keine manuelle Lenkeingabe des Fahrzeugführers auf das Fahrzeugrad bzw. die Fahrzeugräder übertragen wird.
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Es ist ferner vorgesehen, dass ein Bedienelement der Lenkhandhabe um eine Achse parallel zur Fahrzeugquerachse verschwenkbar bzw. einklappbar gelagert ist. Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Bedienelement in einem autonomen Fahrmodus des Fahrzeuges in einer eingeklappten (bzw. insbesondere in Richtung des Fahrzeugbodens verschwenkten) Position gehalten wird.
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Hierzu umfasst das Lenksystem bevorzugt eine sogenannte Lenksäule, welche die Drehbewegung des Fahrzeugfahrers an der Lenkhandhabe an das Fahrzeugrad weiterleitet. Diese Lenksäule umfasst dabei eine um eine Lenkachse drehbare Lenkwelle, welche mit der Lenkhandhabe koppelbar ist und mittels welcher eine Drehbewegung der Lenkhandhabe auf das Fahrzeugrad mechanisch übertragbar ist.
Die Lenkwelle ist demnach mit der Lenkhandhabe bei Fahrt des Fahrzeuges bevorzugt in einem manuellen Fahrmodus des Fahrzeuges drehfest gekoppelt, sodass die Drehbewegungen der Lenkhandhabe bzw. die vom Fahrzeugfahrer getätigten Lenkungswünsche auf das Fahrzeugrad übertragen werden.
In einem autonomen Fahrmodus des Fahrzeuges ist die Lenkhandhabe bevorzugt von der Lenkwelle entkoppelt, wobei eine Drehbewegung der Lenkhandhabe durch den Fahrzeugführer nicht zu einer Drehbewegung des Fahrzeugrads führt.
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Das Bedienelement der Lenkhandhabe ist dabei, wie bereits genannt, derart an der Lenkhandhabe gelagert, dass dieses um eine Achse parallel zur Fahrzeugquerachse verschwenkbar bzw. einklappbar ausgebildet ist. Ferner ist das Bedienelement der Lenkhandhabe derart an der Lenkhandhabe gelagert, dass dieses in seiner Position entlang der Fahrzeughochachse verstellbar ist.
Hierzu ist es vorgesehen, dass das Bedienelement der Lenkhandhabe in einem gekoppelten Zustand der Lenkhandhabe und der Lenkwelle formschlüssig mit dem Rest der Lenkhandhabe verbunden ist. Der Rest der Lenkhandhabe ist dabei bevorzugt mit der Lenkwelle koppel- und entkoppelbar. Dabei ist der Rest der Lenkhandhabe bevorzugt koaxial zur Lenkwelle angeordnet und mit dieser im gekoppelten Zustand bevorzugt formschlüssig mit der Lenkwelle verbunden. Zur Entkoppelung der Lenkhandhabe von der Lenkwelle kann der Rest der Lenkhandhabe beispielsweise translatorisch (also entlang der Drehachse der Lenkwelle) von der Lenkwelle verschoben werden. Eine Übertragung der Lenkbewegungen auf die Lenkwelle von dem Bedienelement ist damit unterbunden.
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Besonders bevorzugt umfasst die Lenkhandhabe zur formschlüssigen Verbindung des Bedienelements der Lenkhandhabe mit dem Rest der Lenkhandhabe ein Zentrier- und Führungselement, wodurch diese formschlüssige Verbindung auch bei einem Verdrehwinkel der Lenkwelle und/oder des Bedienelements der Lenkhandhabe und/oder dem Rest der Lenkhandhabe um die Drehachse herstellbar ist.
Dies hat den Vorteil, dass durch eine geeignete Ausbildung eines Führungs- und Zentrierelements des Rests der Lenkhandhabe und des Bedienelements der Lenkhandhabe auch dann eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Bedienelement und dem Rest der Lenkhandhabe (und damit eine Übertragung der manuellen Drehbewegung am Bedienelement auf das Fahrzeugrad) erfolgt, wenn das Bedienelement bzw. die Lenkwelle bzw. der Rest der Lenkhandhabe im (vorherigen) entkoppeltem Zustand in einer gegenüber der Drehachse des Lenksystems bzw. der Lenkwelle verdrehten Position angeordnet sind. Dies hat wiederrum den Vorteil, dass eine Übernahme eines Fahrzeugführers von einem entkoppeltem Zustand des Bedienelements (also insbesondere von einem autonomen Fahrmodus des Fahrzeuges) in einen gekoppelten Zustand des Bedienelements (also insbesondere in einen manuellen Fahrmodus des Fahrzeuges) auch in Situationen erfolgen kann, in welchen das Fahrzeugrad bzw. die Lenkwelle sich gerade in einer (gegenüber der Drehachse der Lenkwelle) verdrehten Position befinden, beispielsweise während das Fahrzeug sich in einer Kurvenfahrt befindet.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Bedienelement der Lenkhandhabe in einem entkoppelten Zustand bzw. in einer eingeklappten Position (also insbesondere in einem autonomen Fahrmodus des Fahrzeuges) fahrzeugfest bzw. karosseriefest, beispielsweise mit einem fahrzeugfesten Mantelrohr der Lenksäule, formschlüssig verbunden ist. Das Mantelrohr ist dabei der Lenksäule zugeordnet und bildet bevorzugt die Außenhülle der Lenksäule, welche fahrzeugfest angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist das Mantelrohr koaxial zur Drehachse der Lenkwelle angeordnet. Es ist alternativ jedoch auch möglich das Bedienelement der Lenkhandhabe an einem anderen Bauteil der Fahrzeugkarosserie zu befestigen. Unter Fahrzeugkarosserie wird im Sinne dieser Erfindung ein fahrzeugfester Bestandteil bzw. ein Fahrzeugaufbau angesprochen, welcher sich nicht mit der Lenkwelle verdreht. So kann sichergestellt werden, dass an dem Bedienelement während eines entkoppelten Zustandes bzw. während einer eingeklappten Position keine Drehbewegung möglich ist.
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Es ist dabei bevorzugt vorgesehen, dass die Lenksäule axial (also entlang der Drehachse der Lenkwelle) in Richtung Fahrzeugfront verschiebbar angeordnet ist. Befindet sich das Fahrzeug in einem autonomen Fahrmodus so ist es dann bevorzugt vorgesehen, dass die Lenksäule in einem eingefahrenen (also in Richtung der Fahrzeugfront eingefahrenen) Zustand angeordnet ist. In einem manuellen Fahrmodus des Fahrzeuges dagegen, ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Lenksäule in einem ausgefahrenen Zustand (also in Richtung des Fahrzeuginnenraums) angeordnet ist.
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Diese bevorzugte Ausführungsform hat den Vorteil, dass die gesamte Lenksäule in einem autonomen Fahrmodus des Fahrzeuges eingezogen ist und gleichzeitig (also ohne eine weitere Aufwendung) die Lenkhandhabe in eine eingeklappte bzw. verschwenkte Position gebracht wird. Das Lenksystem ist somit für einen Fahrzeuginsassen während einer autonomen Fahrt des Fahrzeuges nicht mehr im Weg bzw. nicht mehr an einer möglicherweise störenden Position angeordnet.
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Der bevorzugte formschlüssige Verbund mit der Fahrzeugkarosserie, insbesondere mittels des genannten Mantelrohrs, mit dem Bedienelement der Lenkhandhabe in einem autonomen Fahrmodus des Fahrzeuges kann beispielsweise über einen Einrastmechanismus bzw. eine Einhakverbindung erfolgen. So ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass ein (dem Fahrzeuginnenraum zugewandtes) Ende des Mantelrohrs eine Aufnahme bzw. einen Teil einer Einrast- oder Einhakverbindung bildet. Ebenso ist es dann bevorzugt vorgesehen, dass an dem Bedienelement der Lenkhandhabe, insbesondere an einem Lenkradtopf eines Lenkrads, ebenfalls eine Aufnahme bzw. einen der Teil der Einrast- oder Einhakverbindung gebildet ist. Die formschlüssige Verbindung ist dabei bevorzugt jeweils derart am Mantelrohr bzw. an dem Bedienelement der Lenkhandhabe angeordnet, dass diese während eines eingeklappten bzw. verschwenkten Zustand der Lenkhandhabe hergestellt ist bzw. wird.
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Besonders bevorzugt ist es dabei vorgesehen, dass das Bedienelement der Lenkhandhabe mit dem Mantelrohr derart verbunden ist, dass dieses während der axialen Einziehbewegung der Lenksäule (in Richtung der Fahrzeugfront bzw. in die vom Fahrzeuginnenraum abgewandte Richtung) in Richtung des Fahrzeugbodens um die Achse parallel zur Fahrzeugquerachse verschwenkt wird. Eine solche Verbindung kann durch eine geeignete (beispielsweise) mechanische Übertragungseinrichtung, wie beispielsweise eines Spindelmechanismus, eines Seilzuges, eines Hebels oder dergleichen ausgebildet sein.
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Es ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass die Schwenkbewegung des Bedienelements der Lenkhandhabe durch einen Aktuator erfolgt. Bei Erfassen eines Fahrmoduswechsels beispielsweise (also entweder vom autonomen in den manuellen oder andersherum) kann dann der Aktuator automatisch die Schwenkbewegung des Bedienelements der Lenkhandhabe ausführen. Beispielsweise ist es möglich, dass zur Ausführung der Schwenkbewegung des Bedienelements der Lenkhandhabe der Aktuator bzw. der Motor einer Längssäulenverstellung (also beispielsweise zur Längs- und/oder Höhenverstellung der Lenksäule) verwendet wird. Dabei kann das Bedienelement der Lenkhandhabe entweder direkt mit dem Aktuator der Längssäulenverstellung oder indirekt über das bevorzugte Mantelrohr gekoppelt sein.
So kann auf einfache Art und Weise durch die Nutzung eines bereits vorhandenen Aktuators ein zusätzlicher Aktuator eingespart werden und das Bedienelement der Lenkhandhabe ohne das manuelle Zutun in eine verschwenkte Position gebracht werden.
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Weiter ist es möglich, dass das Bedienelement der Lenkhandhabe insbesondere während eines gekoppelten Zustands (also bevorzugt während eines manuellen Fahrmodus des Fahrzeuges) in dessen Position in Fahrzeughochrichtung verstellbar ausgebildet ist. Um eine solche Höhenverstellung zu realisieren, ist bevorzugt ein weiteres Führungselement, beispielsweise als Verbindung zwischen dem Bedienelement der Lenkhandhabe und dem Rest der Lenkhandhabe vorgesehen. Dieses Führungselement kann beispielsweise eine geeignete in Fahrzeughochrichtung verlaufende Schiene in dem Rest der Lenkahndhabe darstellen, in welcher das Bedienelement durch einen geeigneten Bolzen oder ähnlichem verschiebbar angeordnet ist. Dabei kann weiterhin ein Fixiermechanismus angeordnet sein, welcher das Bedienelement auf einer gewünschten Höhe fixiert.
Die Höhenverstellung kann beispielsweise manuell, also durch Betätigung eines Fahrzeugführers oder auch elektrisch, beispielsweise durch einen geeigneten Aktuator (insbesondere einen linearen Drehmotor) erfolgen.
Es ist ferner möglich, dass das Bedienelement (je nach geometrischer Ausbildung des Bedienelements und dem Rest der Lenkhandhabe) zum Verschwenken in die eingeklappte bzw. in die ausgeklappte Position (insbesondere in Richtung Fahrzeugboden) vorerst in die geringste bzw. in Fahrzeughochrichtung betrachtet niedrigste Höhe verstellt werden muss. Eine solche Verstellung kann also auch bei Erkennen eines Wechsels zwischen einer entkoppelten in eine gekoppelte Position (bzw. umgekehrt) automatisch durch einen geeigneten Aktuator erfolgen.
Ferner ist es möglich, dass die Höheneinstellung für einen individuellen Fahrzeugführer im Fahrzeug (beispielsweise im Fahrzeugschlüssel) hinterlegt sind und das Fahrzeug erkennt, welcher Fahrzeugführer das Fahrzeug steuert. Anschließend kann jene Höhe (auf der Fahrzeughochrichtung betrachtet) des Bedienelements automatisch eingestellt werden auf Grundlage der hinterlegten Daten.
Dabei ist es ebenfalls möglich, dass das Bedienelement zur eine teilweise Schwenkbewegung durchführt (also nicht komplett eingeklappt wird) und somit ebenfalls zur ergonomischen Einstellung angepasst auf die anthropologischen Daten eines individuellen Fahrzeugführers gewährleistet.
Durch die genannte Höhenverstellung sowie Schwenkbewegung kann insbesondere hinsichtlich unterschiedlicher anthropologischer Daten von unterschiedlichen Fahrzeugführern eine ergonomische Handhabung des Lenksystems bereitgestellt werden.
Wie bereits genannt, ist es in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass die formschlüssige Verbindung zwischen dem Bedienelement der Lenkhandhabe und dem Rest der Lenkhandhabe, welche insbesondere im manuellen Zustand des Fahrzeuges hergestellt ist, ein Zentrier- und Führungselement umfasst. Dieses Zentrier- und Führungselement bewirkt dabei eine Herstellung der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Bedienelement der Lenkhandhabe und dem Rest der Lenkhandhabe, wenn der Rest der Lenkhandhabe bzw. die Lenkwelle um einen Verdrehwinkel verdreht ist. Das Zentrier- und Führungselement ist dabei bevorzugt derart ausgebildet, dass der maximale Verdrehwinkel der Lenkwelle bzw. des Rests der Lenkhandhabe gegenüber dem Bedienelement, bis zu welchem die Lenkhandhabe durch das Zentrier- und Führungselement noch immer formschlüssig mit der Lenkwelle verbunden werden kann nicht größer als -+110° ist. Besonders bevorzugt ist dieser maximale Verdrehwinkel der Lenkwelle nicht größer als +-90°.
Ist also beispielsweise die Lenkwelle während eines Wechsels zwischen einem entkoppelte in einen gekoppelten Zustand der Lenkhandhabe mit der Lenkwelle (bzw. zwischen einem autonomen Fahrmodus in einen manuellen Fahrmodus) verdreht (da sich das Fahrzeug in einer Kurve befindet), so kann das Bedienelement der Lenkhandhabe durch das Zentrier- und Führungselement trotz der Verdrehung der Lenkwelle und damit der Verdrehung des Teils der formschlüssigen Verbindung trotzdem formschlüssig mit der Lenkwelle bzw. dem Rest der Lenkhandhabe verbunden werden.
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Ein solches bevorzugtes Zentrier- und Führungselement kann beispielsweise als trichterförmige Schieneneinrichtung mit einem (beispielsweise spitzen) Zentrierstift oder als eine Art Kugel-Kalotten-Ausführung ausgebildet sein. Hierzu umfasst beispielsweise das Bedienelement der Lenkhandhabe eine geeignete (beispielsweise eine genannte kalottenartige oder trichterförmige) Aussparung, welche dann mit einem an dem Rest der Lenkhandhabe angeordneten Zentrierelement (beispielsweise einem Stift oder einer Kugel) in Eingriff kommt. Andersherum kann eine genannte Aussparung auch an dem Rest der Lenkhandhabe und das Zentrierelement auch an dem Bedienelement der Lenkhandhabe angeordnet sein. Die Form der Aussparung und die Form des Stiftes bestimmen dabei den maximalen Verdrehwinkel der Lenkwelle bzw. des Rests der Lenkhandhabe, welcher maximal möglich ist damit die formschlüssige Verbindung des Bedienelements mit dem Rest der Lenkhandhabe hergestellt werden kann.
Ist die Lenkwelle bei einem Wechsel zwischen einer eingeklappten Position des Bedienelements der Lenkhandhabe in eine nicht eingeklappte Position (also bevorzugt zwischen einem autonomen in einen manuellen Fahrmodus des Fahrzeuges) verdreht, so wird bei Berührung der Aussparung durch das Zentrierelement, alleine durch die Schwenkbewegung des Bedienelements der Lenkhandhabe, das Zentrierelement in die Aussparung geführt bzw. in diese eingeleitet, wobei der Formschluss hergestellt wird. Durch die genannte bevorzugte Ausführungsform ist es möglich, dass ein Fahrmoduswechsel von einem autonomen in einen manuellen Fahrmodus während einer Kurvenfahrt des Fahrzeuges (also während einer Verdrehung der Lenkwelle um die Drehachse gegenüber dem Bedienelement) stattfinden kann.
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Neben einem genannten Lenksystem wird weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Lenksystems gemäß Anspruch 9 vorgeschlagen.
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Dabei ist es vorgesehen, dass bei Erfassen eines Eingangssignals die Lenkhandhabe von der Lenkwelle entkoppelt wird.
Als Eingangssignal kommt dabei insbesondere das Erfassen eines Wechsels zwischen einem manuellen in einen autonomen Fahrmodus in Betracht. Ferner kann das Eingangssignal auch ein Übergabewunsch eines Fahrzeugführers darstellen, welcher durch Betätigung eines Knopfes bzw. eines geeigneten Bedienelements eine Entkoppelung des Bedienelements mit der Lenkwelle signalisiert.
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Besonders bevorzugt erfolgt diese Entkoppelung des Bedienelements von der Lenkwelle durch Ansteuerung einer geeigneten Steuereinheit automatisch bei Erfassung des Eingangssignals. Es ist alternativ auch möglich, dass der Fahrzeugführer manuell die Entkoppelung vornimmt.
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Die genannte Entkoppelung erfolgt dabei insbesondere dadurch, dass der Rest der Lenkhandhabe von der Lenkwelle (beispielsweise durch translatorische Wegbewegung bzw. Verschiebung) von der Lenkwelle entkoppelt wird und anschließend bzw. gleichzeitig das Bedienelement der Lenkhandhabe um eine Achse parallel zur Fahrzeugquerachse in Richtung des Fahrzeugbodens verschwenkt wird bzw. eingeklappt wird. Das bedeutet, dass auch die formschlüssige Verbindung zwischen dem Bedienelement der Lenkhandhabe und dem Rest der Lenkhandhabe gelöst wird, sodass eine Einklappbewegung des Bedienelements von dem Rest der Lenkhandhabe möglich ist.
Die Lenkhandhabe und insbesondere das Bedienelement der Lenkhandhabe ist dann nicht mehr mit der Lenkwelle gekoppelt. Eine Bedienung des Bedienelements durch einen Fahrzeugführer bewirkt dann keine Lenkbewegung des Fahrzeugrades mehr. Ferner wird dem Fahrzeugführer durch das eingeklappte Bedienelement insbesondere im autonomen Fahrmodus des Fahrzeuges, mehr Bewegungsfreiheit geschaffen.
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Es ist in einer bevorzugten Ausführung des Verfahren zusätzlich zu der Einklappbewegung des Bedienelements des Lenkhandhabe oder alternativ dazu auch möglich, dass das Bedienelement bei Erfassen eines genannten Eingangssignals bzw. bei Erfassen eines autonomen Fahrmodus des Fahrzeuges in Richtung der Fahrzeughochrichtung innerhalb des genannten zweiten Führungselements bewegt und anschließend auf der gewünschten Höhe in Fahrzeughochrichtung fixiert wird. Beispielsweise ist es möglich, dass je nach geometrischer Ausgestaltung des Bedienelements, beispielsweise als ein, wie aus dem Stand der Technik bekanntes Ringförmiges Lenkrad, das Bedienelement zum vollständigen Einklappen vorerst in eine in Fahrzeughochrichtung unterste Position entlang dem zweiten Führungselement gebracht werden muss. Alternativ ist es möglich, dass der Fahrer bzw. das Lenksystem in einem manuellen Fahrmodus, das Bedienelement in dessen Position auf der Fahrzeughochachse angepasst auf die individuellen Größenverhältnisse und Maße des Fahrzeugführers einstellen kann.
Auch die genannte Höhenverstellung erfolgt dabei bevorzugt durch einen geeigneten Aktuator.
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Es ist ferner in einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens vorgesehen, dass die Lenkhandhabe bzw. das Bedienelement nach einer erfolgen Schwenkbewegung bzw. nach dem Einklappen des Bedienelements fahrzeugfest verbunden wird. Dabei ist insbesondere ein formschlüssiger Verbund zwischen dem Bedienelement und dem Fahrzeugaufbau vorgesehen. Beispielsweise kann das Bedienelement dabei mit einem genannten Matelrohr des Lenksystems verbunden werden. Eine solche fahrzeugfeste Verbindung des Bedienelements verhindert, dass sich das Bedienelement während einer entkoppelten Position bzw. im eingeklappten Zustand bedienen lässt bzw. drehen lässt. Der Fahrzeugführer weiß dann, dass eine Bedienung des Bedienelements im entkoppelten Zustand nicht möglich ist.
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Es ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass bei Erfassen eines manuellen Fahrmodus bzw. eines weiteren Eingangssignals das Bedienelement der Lenkhandhabe wieder zurück in eine ausgeklappte Position und die Lenkhandhabe wieder in einen gekoppelten Zustand um eine Achse parallel zur Fahrzeugquerachse zurück verschwenkt bzw. bewegt wird.
Wird also beispielsweise erfasst, dass der Fahrmodus des Fahrzeuges von einem autonomen in einen manuellen Fahrmodus gewechselt hat oder wird beispielsweise ein Übernahmesignal eines Fahrzeugführers als Wunsch der Übernahme der Lenkungssteuerung erfasst, so ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Bedienelement wieder zurück in die ausgeklappte Position verschwenkt wird und drehfest (und insbesondere formschlüssig) mit dem Rest der Lenkhandhabe wieder verbunden wird. Der Rest der Lenkhandhabe wird dann bevorzugt ebenfalls durch eine formschlüssige Verbindung mit der Lenkwelle gekoppelt.
Der formschlüssige Verbund des Bedienelements der Lenkhandhabe mit dem Rest der Lenkhandhabe erfolgt dabei über das genannte Führungs- und Zentrierelement. Der formschlüssige Verbund mittels des ersten Führungs- und Zentrierelements erfolgt dabei aufgrund der geometrischen Gestaltung des Führungs- und Zentrierelements auch dann, wenn der Rest der Lenkhandhabe bzw. wenn die Lenkwelle gegenüber dem Bedienelement der Lenkhandhabe in Richtung der Drehachse der Lenkwelle verdreht angeordnet ist.
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Sowohl die Höhenverstellung des Bedienelements, als auch die Ausführung der Klappbewegung bzw. Schwenkbewegung des Bedienelements sowie die Bewegung der Lenkhandhabe bei der Entkoppelung von der Lenkwelle kann dabei durch einen geeigneten (insbesondere von einer Steuereinheit angesteuerten) Aktuator erfolgen. Der Aktuator kann dabei beispielsweise elektrisch bzw. elektrohydraulisch bzw. mechanisch bzw. manuell bzw. magnetisch betätigt werden.
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Ferner ist es bevorzugt vorgesehen, dass die formschlüssige Verbindung (insbesondere durch das Zentrier- und Führungselement) des Bedienelements mit dem Rest der Lenkhandhabe in einem gekoppelten Zustand der Lenkhandhabe mit der Lenkwelle (also insbesondere in einem manuellen Fahrmodus des Fahrzeuges) durch einen Verriegelungsmechanismus fixiert wird.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung auch aus den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich genommen schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel weiter erläutert. Erfindungswesentlich können dabei sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein.
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1 zeigt dabei eine schematische Seitenansicht von einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lenksystems, wobei sich die Lenkhandhabe in einem entkoppelten Zustand mit der Lenkwelle befindet.
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In 2 ist das Lenksystem aus 1 dargestellt, wobei die Lenkhandhabe in einem gekoppelten Zustand mit der Lenkwelle dargestellt ist.
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In 3 ist das Lenksystem aus den 1 und 2 mit einer anderen Position des Bedienelements der Lenkhandhabe in einem gekoppelten Zustand der Lenkhandhabe mit der Lenkwelle aufgezeigt.
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1 zeigt dabei einen Teil eines Lenksystems in einer Seitenansicht eines Fahrzeuges in einer Schnittansicht entlang der Drehachse A einer Lenkwelle 2 des Lenksystems. Das Fahrzeug ist dabei bevorzugt in einem manuellen, als auch in einem autonomen Fahrmodus betreibbar. 1 zeigt eine Anordnung von Komponenten des Lenksystems, während sich die Lenkhandhabe 1 in einem entkoppelten Zustand mit der Lenkwelle 2 befindet bzw. wenn sich das Fahrzeug in einem autonomen Fahrmodus befindet.
Das Lenksystem umfasst dabei eine Lenkhandhabe 1, welche zur manuellen Betätigung einer Lenkbewegung im manuellen Fahrmodus des Fahrzeuges über die Lenkwelle 2 mit zumindest einem (nicht aufgezeigten) Fahrzeugrad (insbesondere mechanisch) koppelbar ist. Die Lenkhandhabe 1 ist in 1 nicht mit der Lenkwelle 2 gekoppelt, sondern entkoppelt. Die Lenkhandhabe 1 selbst umfasst ein Bedienelement 1.1 sowie den Rest der Lenkhandhabe 1.2 (auch als Lenkrohr 1.2 bezeichnet). Das Bedienelement 1.1 Lenkhandhabe 1 stellt dabei insbesondere ein aus dem Stand der Technik bekanntes Lenkrad dar, welches der Fahrzeugführer des Fahrzeuges durch Drehung (insbesondere um die Drehachse A) bedient und somit einen Lenkwunsch des Fahrzeuges signalisiert. Das Bedienelement 1.1 ist dabei um eine Achse parallel zu einer Fahrzeugquerachse zumindest annähernd in Pfeilrichtung D verschwenkbar ausgebildet. Das Bedienelement 1.1 befindet sich demnach gemäß 1 in einer eingeklappten Position. In 1 befindet sich das Fahrzeug bevorzugt in einem autonomen Fahrmodus, weshalb die Lenkhandhabe 1 von der Lenkwelle 2 entkoppelt ist und über die Lenkhandhabe 1 kein Lenkungswunsch vom Fahrer durch Betätigung der Lenkhandhabe 1 auf das Fahrzeugrad übertragen werden kann. Die Lenkhandhabe 1 befindet sich in einem sogenannten eingeklappten Zustand.
Hierzu ist das Lenkrohr 1.2 (also der Rest der Lenkhandhabe 1.2) außerdem von der Lenkwelle 2 entkoppelt angeordnet. Um diese Entkoppelung zu erreichen wird das Lenkrohr 1.2 translatorisch von der Lenkwelle 2 verschoben. Es ist ebenfalls möglich, dass die Lenkwelle 2 translatorisch von dem Lenkrohr 1.2 verschoben wird.
Die Lenkwelle 2 selbst ist dabei um eine Drehachse A drehbar und wie bereits gekannt mit der Lenkhandhabe 1 bzw. mit dem Lenkrohr 1.2 der Lenkhandhabe drehfest koppelbar angeordnet, sodass eine Betätigung der Lenkhandhabe 1 in einem manuellen Fahrmodus des Fahrzeuges eine Lenkbewegung des Fahrzeugrads erfolgt (vgl. 2) . Über die Lenkwelle 2 ist diese Drehbewegung D der Lenkhandhabe 1 auf das Fahrzeugrad (insbesondere mechanisch) übertragbar.
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In einem autonomen Fahrmodus des Fahrzeuges ist das Bedienelement 1.2 der Lenkhandhabe 1 von dem Rest der Lenkhandhabe 1.2 bzw. von dem Lenkrohr 1.2 der Lenkhandhabe 1 und somit auch von der Lenkwelle 2 entkoppelt. Dabei ist das Bedienelement 1.1, wie in 1 gezeigt, durch eine Schwenkbewegung D von einer ausgeklappten in eine eingeklappte Position gebracht wird. Diese Schwenkbewegung D bzw. diese Einklappposition ist über ein Gelenk 7 möglich, welches das Bedienelement 1.1 schwenkbar (um die genannte Achse parallel zur Fahrzeugquerachse) an dem Lenkrohr 1.2 lagert bzw. mit diesem verbindet.
Das Lenkrohr 1.2 ist dabei koaxial zur Drehachse A der Lenkwelle 2 angeordnet. Es ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass das Lenkrohr 1.2 mit der Lenkwelle 2 in einem gekoppelten Zustand formschlüssig miteinander verbunden sind. Der Formschluss 3 zwischen der Lenkwelle 2 und dem Lenkrohr 1.2 ist in 2 zu erkennen.
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Eine solche, nicht eingeklappte Position bzw. entkoppelte Position der Lenkhandhabe ist in 2 zu erkennen. Insbesondere bei Erfassen eines Wechsels von einem autonomen Fahrmodus (wie in 1 gezeigt) in einen manuellen Fahrmodus des Fahrzeuges, ist es vorgesehen, dass das Bedienelement 1.1 der Lenkhandhabe 1 durch die Schwenkbewegung D in einen ausgeklappten (also nicht eingeklappten) Zustand versetzt wird. Das Bedienelement 1.1 der Lenkhandhabe 1 wird dann mit dem Lenkrohr 1.2 der Lenkhandhabe 1 formschlüssig, also über einen Formschluss 5 drehfest verbunden.
Hierzu wird außerdem das Lenkrohr 1.2 der Lenkhandhabe 1 mit der sich (bei Lenkung der Fahrzeugräder) drehenden Lenkwelle 2 mechanisch und drehfest gekoppelt. Diese Koppelung wird dabei insbesondere über den genannten Formschluss 3 des Lenkrohrs 1.2 und der Lenkwelle 2 realisiert. Da der Formschluss 3 kreissymmetrische ausgebildet sein kann, ist eine Verbindung des Lenkrohrs 1.2 der Lenkhandhabe 1 mit der Lenkwelle 2 in jedem Verdrehzustand mit jedem möglichen Drehwinkel der Lenkwelle 2 bzw. des Lenkrohrs 1.2 um die Drehachse A zum Zeitpunkt des Wechsels in einen gekoppelten Zustand möglich. Hierzu wird das Lenkrohr 1.2 translatorisch an die Lenkwelle 2 bzw. die Lenkwelle 2 translatorisch an das Lenkrohr 1.2 verschoben und so formschlüssig verbunden.
Bei Betätigung des Bedienelements 1.1 durch den Fahrer, werden die Drehbewegungen des Bedienelements 1.1 mechanisch über das Lenkrohr 1.2 und über die mit dem Lenkrohr 1.2 drehfest verbundene Lenkwelle 2 an das Fahrzeugrad bzw. an die Fahrzeugräder übertragen. Der Formschluss 5 zwischen dem Bedienelement 1.1 und dem Lenkrohr 1.2 umfasst dabei ein in 2 nicht gezeigtes Zentrier- und Führungselement 5.1, 5.2, welches den Formschluss 5 zwischen dem Bedienelement 1.1 und dem Lenkrohr 1.2 auch bei einem Verdrehwinkel (um die Drehachse A) des Lenkrohrs 1.2 bzw. des Bedienelements 1.1 während des Wechsels in die ausgeklappte Position des Bedienelements 1.1 herstellt.
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Wie in 1 schematisch angedeutet umfasst das Lenkrohr 1.2 ein Zentrierelement 5.1. Das Zentrierelement 5.1 greift bei der formschlüssigen Verbindung 5 des Bedienelements 1.1 mit dem Lenkrohr 1.2 in eine Aussparung bzw. in ein in den Figuren nicht zu erkennendes Führungselement des Bedienelements 1.1 ein. Das Führungselement kann beispielsweise als trichterförmige Aussparung ausgebildet sein, in welche das Führungselement, wie beispielsweise ein spitzer Stift, bei der Schwenkbewegung D des Bedienelements 1.1 eingreift bzw. einfährt.
Das Zentrier- und Führungselement 5.1, ist dabei derart ausgebildet, dass die formschlüssige Verbindung 5 des Bedienelements 1.1 mit dem Lenkrohr 1.2 auch bei einer Verdrehung des Lenkrohrs 1.2 bzw. des Bedienelements 1.1 gegenüber der Drehachse A bzw. um die Drehachse A stattfinden kann.
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Eine Situation, in welcher das Lenkrohr 1.2 gegenüber dem Bedienelement 1.1 um die Drehachse A verdreht ist, ist beispielsweise wenn sich das Fahrzeug bei einem Wechsel zwischen dem autonomen Fahrmodus in einen manuellen Fahrmodus in einer Kurvenfahrt befindet. Durch die in diesem Falle trichterförmige Ausbildung des Führungselements und der spitzen stiftartigen Ausbildung des Zentrierelements 5.1 rutscht das Zentrierelement 5.1 dennoch in das Führungselement ein und wird von diesem während der Schwenkbewegung des Bedienelements 1.1 in die endgültige Position des Formschlusses 5 gebracht. Das Führungselement ist also derart geformt bzw. in seiner Form ausgebildet, dass die formschlüssige Verbindung 5 zwischen dem Lenkrohr 1.2 und dem Bedienelement 1.1 auch dann hergestellt wird, wenn das Lenkrohr 1.2 bzw. das Bedienelement 1.1 um einen Winkel entlang der Drehachse A gegeneinander verdreht sind.
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Ferner ist es bevorzugt vorgesehen, dass der Formschluss 5 bzw. die formschlüssige Verbindung des Bedienelements 1.1 mit dem Lenkrohr 1.2 im manuellen Fahrmodus durch eine nicht eingezeichnete Verriegelungsvorrichtung fixiert wird. Dadurch kann sich der Formschluss 5 nicht lösen. Diese Verriegelungsvorrichtung kann bei Erfassen eines manuellen Fahrmodus bzw. bei einem Wechsel vom manuellen in den autonomen Fahrmodus, wenn also das Bedienelement 1.1 in eine eingeklappte Position zurück verschwenkt wird, gelöst werden.
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Eine genannte Entkoppelung bzw. ein Lösen des Formschlusses 3 zwischen der Lenkwelle 2 und dem Lenkrohr 1.2 kann, wie bereits genannt durch ein axiales (entlang der Drehachse A) Verschieben der Lenkwelle 2 weg von dem Lenkrohr 1.2 entlang einer eingezeichneten Translationsbewegung T erfolgen. Andersherum wird diese formschlüssige Verbindung 3 des Lenkrohrs 1.2 mit der Lenkwelle 2 durch eine axiale Verschiebung entlang der Drehachse A der Lenkwelle 2 hin entlang der eingezeichneten Translationsbewegung T zum Lenkrohr 1.2 wieder hergestellt werden, wenn sich das Fahrzeug in einem manuellen Fahrmodus befindet. Beispielsweise kann die Lenkwelle 2 dazu, teleskopartig ausgebildet sein.
Der genannte Formschluss 3 zwischen der Lenkwelle 2 und dem Lenkrohr 1.2 kann dabei durch ein Verriegelungselement im manuellen Fahrmodus des Fahrzeuges gesichert werden, sodass sich die Lenkwelle 2 nicht gegenüber dem Lenkrohr 1.2 verdrehen kann und diese (im manuellen Fahrmodus des Fahrzeuges) fest miteinander verbunden sind.
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Zur Stabilisierung bzw. zur Stütze des Lenksystems, ist innerhalb und koaxial zur Lenkwelle 2 zum Lenkrohr 1.2 eine Stützwelle 8 angeordnet, an welcher die Lenkwelle 2 sowie das Lenkrohr 1.2 drehbar gelagert (beispielsweise über Gleitlagerungen) sind. Die Stützwelle 8 ist nicht mit dem Bedienelement 1.1 verbunden und dreht sich zu keiner Zeit.
Ferner ist es bevorzugt, das Lenkrohr 1.2 bzw. die Lenkhandhabe 1 axial auf der Stützwelle 8 zu fixieren, sodass sich diese insbesondere in einem autonomen Fahrmodus nicht von der Stützwelle 8 (axial) lösen kann.
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Auch in dem Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Schwenkbewegung D des Bedienelements 1.1 elektrisch bzw. manuell bzw. magnetisch bzw. mechanisch erfolgt.
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Wie bereits genannt, kann die Schwenkbewegung D des Bedienelements 1.1 durch ein geeignetes Gelenk 7 erfolgen. Es ist dabei ferner vorgesehen, dass dieses Gelenk 7 und damit das Bedienelement 1.1 derart an dem Lenkrohr 1.2 angeordnet ist, dass das Bedienelement 1.1 entlang der Fahrzeughochachse H verschiebbar an dem Lenkrohr 1.2 gelagert ist. Das Gelenk 7 kann hierzu beispielsweise entlang einer in Richtung Fahrzeughochrichtung H ausgerichteten bzw. verlaufenden Schiene 9 angeordnet sein. Es ist dabei vorgesehen, dass bei Erreichen der gewünschten Position des Bedienelements 1.1 auf der Verstellung entlang der Fahrzeughochachse H, das Bedienelement 1.1 bzw. das Gelenk 7 aus der Schiene 9 fixiert wird.
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Der Fahrzeugfahrer kann die Höhenverstellung des Bedienelements 1.1 dabei selbstständig ausführen. Es ist ferner möglich, dass die Höhenverstellung des Bedienelements 1.1 automatisch anhand vom einer Erkennung der anthropometrischen Eigenschaften des Fahrzeugführers sowie bei der Erkennung des Fahrmodus des Fahrzeuges vom System selbstständig eingestellt wird.
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In 1 ist das Bedienelement 1.1 dabei in einer untersten Position entlang der Verstellung in Fahrzeughochrichtung H eingestellt. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass in einem autonomen Fahrmodus das Bedienelement 1.1 weit möglichst eingeklappt werden kann.
In 2, in einer ausgeklappten Position des Bedienelements 1.1 und insbesondere in einem manuellen Fahrmodus des Fahrzeuges, ist das Bedienelement 1.1 ebenfalls in einer unteren Position auf der Schiene 9 gehalten.
Es ist ebenfalls möglich, wie in 3 zu erkennen, je nach Körpergröße und Körpermaße des Fahrzeugführers das Bedienelement 1.1 entlang der Schiene 9 in Fahrzeughochrichtung zu verstellen und gleichzeitig auch die Ausrichtung bzw. eine Verdrehung bzw. Verschwenkung bzw. den Verschwenkwinkel um eine Achse parallel zur Fahrzeugquerachse des Bedienelements 1.1 entlang der genannten Achse parallel zur Fahrzeugquerachse einzustellen. Das Bedienelement 1.1 ist dabei weiterhin formschlüssig mit dem Lenkrohr 1.2 verbunden.
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Diese Einstellmöglichkeit, des Bedienelements 1.1 entlang der Fahrzeughochrichtung H als auch entlang der Schwenkrichtung D ermöglicht eine individuelle Anpassung der Position des Bedienelements 1.1 auf jeden Fahrzeugführer und damit eine ergonomische Bedienung.
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Ferner ermöglicht diese Erfindung ermöglicht, dass jederzeit während der Fahrt des Fahrzeuges ein Fahrmoduswechsel (insbesondere von einem autonomen in einen manuellen Fahrmodus) erfolgen kann und dennoch das Lenksystem bzw. die Lenkhandhabe während der autonomen Fahrt für den Fahrzeuginsassen auf eine weniger störende Position im Fahrzeug gebracht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkhandhabe
- 1.1
- Bedienelement
- 1.2
- Lenkrohr
- 2
- Lenkwelle
- 3
- Formschluss
- 5
- Formschluss
- 5.1
- Zentrierelement
- 7
- Gelenk
- 8
- Stützwelle
- 9
- Schiene
- A
- Drehachse
- D
- Schwenkbewegung
- H
- Fahrzeughochrichtung
- T
- Translationsbewegung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1916652 [0001]
- DE 102016210622 A1 [0001, 0006]
- US 20180334183 A1 [0001, 0005]
- DE 3937644 A1 [0001]
- DE 10259684 A1 [0002]
