DE102020003207A1

DE102020003207A1 - Elektromechanischer digitalmechanischer Force-Feedback Fahrzeug-Joystick

Info

Publication number: DE102020003207A1
Application number: DE102020003207.9A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-05-28
Filing date: 2020-05-28
Publication date: 2021-12-02

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen digitalmechanischen Force-Feedback Fahrzeug-Joystick,• der einen Steuerknüppelausschlag im Panikfall mit einem Moment von 20Nm zulässt• der jeden Steuerknüppelausschlag zulässt, ohne dass sich ein Force-Feedback-Motor bewegen muss (im Defektfall)• dessen Steuerknüppel direkt mit dem Bowdenzug eines hydraulischen Bremsscheibensystems verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Elektrofahrzeuges mittels eines elektromechanischen digitalmechanischen Force-Feedback Fahrzeug-Joysticks, der Fahrzeuglenkung sowie Be/Entschleunigung über Einhandkontrolle eines Menschen ermöglicht und somit Lenkrad und Pedale ersetzt.
Stand der Technik
Maschinen- und Fahrzeugsteuerung per Joystick ist bekannt für Teilfunktionen bei Gabelstaplern, Schiffen, Flugzeugen, Kranen, Rollstühlen, im Sonderfahrzeugbau auch für PKW (bspw Schäffler-Paravan) und natürlich im Computerspielbereich. US5742278 und US6104382A sind nur zwei von tausenden Joystick-Patenten. Die meisten sind getriebemotorisch mit der Zentralkugel verbunden, die hinauf zum Steuergriff führt. Sinnvoll erscheint aber aus Sicherheitsgründen eine Lösung, die jeden Steuerknüppelausschlag zulässt, ohne dass sich ein Motor bewegen muss.
Neben Steuerausschlägen muss eine Maschine häufig Fahrt aufnehmen bzw abbremsen.
Dies wird mittels Pedale bewerkstelligt, wodurch weitere Extremitäten beim Menschen koordiniert werden müssen, somit auch seine Sitzposition relativ zu besagten Pedalen. Sinnvoll ist jedoch, Sitzpositionseinstellmechanismen sowie Pedale einzusparen und sitzplatzunabhängig zu steuern. Günstig, insbesondere kostengünstig, wäre die Integration besagter Steuerungen (links-rechts-beschleunigen-bremsen) mittels einer handsteuerbaren Einheit. Aus Sicherheitsgründen sollte jedoch nicht auf einen mechanischen Bremsseilzug verzichtet werden, er sollte in die Handsteuereinheit integriert werden.
Aufgabe dieser Erfindung
Hieraus ergibt sich die Aufgabe der Erfindung:

Darstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Steuerung eines Elektrofahrzeuges mittels eines elektromechanischen digitalmechanischen Force-Feedback Fahrzeug-Joysticks,
- • der einen Steuerknüppelausschlag im Panikfall mit einem Moment von 20Nm zulässt
- • der jeden Steuerknüppelausschlag zulässt, ohne dass sich ein Force-Feedback-Motor bewegen muss (im Defektfall)
- • dessen Steuerknüppel direkt mit dem Bowdenzug eines hydraulischen Bremsscheibensystems verbunden ist.

Offenbarung und Beschreibung der Erfindung: Grundsätzlicher Aufbau mit wesentlichen erfindungsgemäßen Merkmalen
Die neue Idee fusst auf folgenden wesentlichen Gedanken zum elektromechanischen digitalmechanischen Force-Feedback Fahrzeug-Joystick:

• elektro- bedeutet: ein Handsteuergeber, der die handgesteuerte Knüppelposition in elektrische Signale umsetzt und an die Radlenksteuereinheit weitergibt.
• -mechanisch bedeutet: der Steuerknüppel ist direkt mit dem Bowdenzug eines hydraulischen Bremsscheibensystems verbunden.
• digital- bedeutet: das Force-Feedback-System erhält digitale Signale vom Zentralcomputer zur Steuerung der Feedback-Motoren
• -mechanisch bedeutet: Die Feedback-Motoren entwickeln einen mechanischen Druck auf den Steuerknüppel (sind aber nicht direkt mit ihm verbunden)
• Force-Feedback bedeutet: Der Zentralcomputer erfasst die aktuelle Fahrzeugbewegung, insbesondere die (allfällig unterschiedlichen) Radbewegungen relativ zur Bodenbeschaffenheit, und stellt die Knüppelsteuerkraft so ein, dass der Fahrer spürt, ob sein Steuermanöver physikalisch überhaupt machbar, riskant oder sorglos durchführbar ist.

Bei herkömmlichen haptischen Joysticks ist der Feedback-Motor meist direkt (oder über ein Getriebe) mit dem Steuerknüppel verbunden. Diese Erfindung ermöglicht jedoch eine motorgestellte Knüppelposition unabhängig von der wahren Knüppelposition, dh die Knüppelposition (4) erfährt je nach Motorsteuerung Gegendruck bis 10N im Handbereich oder weniger bis zu gar keinem. Steht das Auto bspw auf einer Gefälle, soll die Lenkung zu beiden Seiten kraftlos steuerbar sein. Rollt es dann zunehmend schnell herunter, soll der Lenkausschlag Fahrgeschwindigkeits- und Traktionsverhältnisse widerspiegeln und den Fahrer durch einen zunehmenden Gegendruck gegen seinen Steuerknüppeldruck in der Wahrnehmung unterstützen, dass allfällige Lenkmanöver zunehmend gefährlich werden. Dennoch muss dem Fahrer die Entscheidung überlassen bleiben, und gestörte Elektronik darf im Extremfall keinen Steuerknüppelausschlag verhindern. Daher verschiebt mindestens ein Servo (8) über sein Servohorn (5) den äusseren Schieberahmen (2), der über mindestens je eine vorzugsweise konische Druckfeder je Steuerseite mit dem inneren Schieberahmen (3) verbunden ist. Es sei hier definiert, dass beide Rahmen vorzugsweise von rechtwinkliger Geometrie sind, wobei der Steuerknüppel nur die zwei gegenüberliegenden Innenseiten des inneren Schieberahmens berühren kann, und die nächstliegenden Aussenseiten besagten inneren Schieberahmens eine Feder vorzugsweise fixieren, deren anderes Ende die Innenseite des äusseren Schieberahmens vorzugsweise fixiert. Perpendikular zu den Steuerseiten beider ineinander liegenden Rahmen befinden sich die Schiebeseiten, die vorzugsweise geschmiert und mit geringem Abstand zueinander stehend den inneren Schieberahmen vorzugsweise um einen halbseitigen Steuerknüppelausschlag im äusseren Schieberahmen gleiten lassen.
Auf diese Weise ist die Feedback Ebene vom Steuerknüppeldrehpunkt getrennt, sodass dieser der starken Beanspruchung (im Panikfalle bspw 20Nm) entsprechend in einer Gelenkschale gefasst werden kann.
Diese Konstruktion erlaubt ebenfalls eine Aufnahme eines Seiles am unteren Steuerknüppelende, was bei den meisten haptischen Joysticks unmöglich ist. Hier kann eine Zugkraft vorzugsweise bis 500N auf das Bremsseil aufgebracht werden.
Bezugszeichenliste

1: Bremsseil der hydraulischen Bremsanlage
2: Joystick-Gehäuse
3: innerer Schieberahmen (vorzugsweise mit zwei Schiebe- und zwei Steuerseiten) :
4: Steuerknüppelendstück mit Bremsseilaufnahme
5: Servohorn
6: Druckfeder (vorzugsweise konisch)
7: äusserer Schieberahmen (vorzugsweise mit zwei Schiebe- und zwei Steuerseiten)
8: Servo (vorzugsweise zwei je Joystick)

Es folgt die Beschreibung der einzelnen Figuren:

1: Darstellung des Joysticks: Seitenansicht mit zwei Seiten und Ansicht von oben sowie Seitenansicht mit zwei Seiten und Ansicht von unten.
2: Ansicht von unten. Vollausschlag nach rechts mit maximalem Bremsausschlag. Servohornstellung mit maximalem Rechtsausschlag, somit minimaler Druck des äusseren Schieberahmens mit seiner Freder gegen den inneren Schieberahmen, weshalb die Steuerknüppelstellung kaum Gegendruck erfährt. Konfiguration vereinfachenderweise mit einer Feder pro Seite, möglich und sinnvoll sind jedoch mehrere Federn pro Seite.
3: Ansicht von unten. Vollausschlag nach rechts mit minimalem Bremsausschlag. Servohornstellung mit maximalem Linksausschlag, somit maximaler Druck des äusseren Schieberahmens mit seiner Freder gegen den inneren Schieberahmen, weshalb die Steuerknüppelstellung maximalen Gegendruck erfährt. Konfiguration vereinfachenderweise mit einer Feder pro Seite, möglich und sinnvoll sind jedoch mehrere Federn pro Seite.

Alle Figuren zeigen ausschliesslich das Brems- und Feedbacksystem, aus Übersichtlichkeitsgründen ist die oberhalb des Steuerknüppelkugelzentrums liegende Standard-Positionsabnahmeelektronik (links-rechts-„Gas“-„Bremse” nicht gezeigt).
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen angegeben.
Durch die erfindungsgemäße Lösung werden die Nachteile des Stands der Technik eliminiert und die folgenden Vorteile erzielt:

Elektromechanischer digitalmechanischer Force-Feedback Fahrzeug-Joystick,
- • der einen Steuerknüppelausschlag im Panikfall mit einem Moment von 20Nm zulässt
- • der jeden Steuerknüppelausschlag zulässt, ohne dass sich ein Force-Feedback-Motor bewegen muss (im Defektfall)
- • dessen Steuerknüppel direkt mit dem Bowdenzug eines hydraulischen Bremsscheibensystems verbunden ist.
- • der einen Abbremsvorgang von 0% Rekuperation bei Grundstellung des Joysticks bis maximale Rekuperation-Bremsleistung bei Joystickbewegung nach hinten (ca 60%) (bremsen) und darüber hinaus durch linearen Bremsscheiben-Verzögerungsaufbau einleitet bis Radblockage.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5742278 [0002]
US 6104382 A [0002]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeuges mittels elektromechanischen digitalmechanischen Force-Feedback Fahrzeug-Joysticks, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Servo (8) über sein Servohorn (5) den äusseren Schieberahmen (2), der über mindestens je eine vorzugsweise konische Druckfeder je Steuerseite mit dem inneren Schieberahmen (3) verbunden ist. verschiebt. Es sei hier definiert, dass beide Rahmen vorzugsweise von rechtwinkliger Geometrie sind, wobei der Steuerknüppel nur die zwei gegenüberliegenden Innenseiten des inneren Schieberahmens berühren kann, und die nächstliegenden Aussenseiten besagten inneren Schieberahmens eine Feder vorzugsweise fixieren, deren anderes Ende die Innenseite des äusseren Schieberahmens vorzugsweise fixiert. Perpendikular zu den Steuerseiten beider ineinander liegenden Rahmen befinden sich die Schiebeseiten, die vorzugsweise geschmiert und mit geringem Abstand zueinander stehend den inneren Schieberahmen vorzugsweise um einen halbseitigen Steuerknüppelausschlag im äusseren Schieberahmen gleiten lassen. Auf diese Weise ist die Feedback Ebene vom Steuerknüppeldrehpunkt getrennt, sodass dieser der starken Beanspruchung (im Panikfalle bspw 20Nm) entsprechend in einer Gelenkschale gefasst werden kann. Diese Verfahren erlaubt ebenfalls eine Aufnahme eines Seiles am unteren Steuerknüppelende, was bei den meisten haptischen Joysticks unmöglich ist. Hier kann eine Zugkraft vorzugsweise bis 500N auf das Bremsseil aufgebracht werden.
Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeuges mittels elektromechanischen digitalmechanischen Force-Feedback Fahrzeug-Joysticks, dadurch gekennzeichnet, dass seitlich der zwei äusseren Schiebeseiten des äusseren rechtwinkligen fünf Millimeter starken Schieberahmens je ein Servo mit je einem Steuerhorn angebracht wird, welches maximal 15° zu jeder Seite ausschlägt, und ausserdem dadurch, dass innerhalb des äusseren Schieberahmens ein innerer rechtwinkliger fünf Millimeter starker Schieberahmen mit seinen zwei äusseren Schiebeseiten an den inneren Schiebeseiten des äusseren Schieberahmens mit leichtem Spiel gleitet, und ausserdem dadurch, dass die beiden inneren Steuerseiten des äusseren Schieberahmens je drei konische Druckfedern aufnehmen, die gegen die zwei äusseren Steuerseiten des inneren Schieberahmens drücken, und ausserdem dadurch, dass ein Bremsseil einer hydraulischen Bremsanlage direkt am unteren Steuerknüppelende befestigt wird, und ausserdem dadurch, dass die Aussenmasse des Joysticks 10x10x10cm nicht überschreiten.