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Die Erfindung betrifft eine Lenksteuervorrichtung mit einer Lenkhandhabe zur Erzeugung eines Lenkwinkels an wenigstens einem Rad eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Personenkraftwagen, werden in der Regel mittels eines Lenkrads als Lenkhandhabe gesteuert. Dabei erfolgt die Erzeugung eines Lenkbefehls durch Drehen des Lenkrads um dessen Drehachse beziehungsweise Lenkdrehachse, Insbesondere beim Rangieren, beispielsweise für ein Einparken, sind zum Teil jedoch große Lenkbewegungen beziehungsweise mehrere Umdrehungen des Lenkrads erforderlich, um den gewünschten beziehungsweise erforderlichen Lenkeinschlag der angelenkten Räder zu erzeugen. Dies stellt insbesondere beim Rückwärtsrangieren ein Problem dar, da hier der Blick und darüber hinaus zumeist auch der halbe Oberkörper eines Fahrers nach hinten gerichtet ist - wodurch aus ergonomischer Sicht keine optimale Griffanordnung der Hände am Lenkrad erfolgen kann - geschweige denn mehrere Umdrehungen des Lenkrads einfach durchgeführt werden können.
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Die
DE 11 2010 005 795 T5 zeigt eine CPU, welche einen Einschlagwinkel ändert, der einem Lenkwinkel entspricht, der von einer Lenksteuervorrichtung benötigt wird, um ein eigenes Fahrzeug zu lenken, abhängig von einer Größe der Betätigung zur Bewegung eines Lenkrads aus einer Referenzposition in eine Kipprichtung und eine Zug-DruckRichtung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lenksteuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, mittels welcher in einem Fahrbetrieb und in einem Rangierbetrieb das Kraftfahrzeug jeweils besonders vorteilhaft bedient werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen sowie in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.
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Die erfindungsgemäße Lenksteuervorrichtung umfasst eine Lenkhandhabe zur Erzeugung eines Lenkwinkels an wenigstens einem Rad eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Personenkraftwagen, wobei das wenigstens eine Rad lenkbar beispielsweise an einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, wobei insbesondere zwei, lenkbare Räder an der Vorderachse des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Die Lenkhandhabe ist beispielsweise und insbesondere als Lenkrad ausgebildet. Der Lenkwinkel gibt einen Winkel relativ zur Fahrzeuglängsrichtung vor, um welchen das wenigstens eine Rad mit seiner Laufrichtung von der Fahrzeuglängsrichtung abweicht, um eine Kurvenfahrt zu ermöglichen.
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Bei der erfindungsgemäßen Lenksteuervorrichtung ist der Lenkwinkel mittels einer Drehung durch einen Drehwinkel der Lenkhandhabe um eine Lenkdrehachse, welche in Einbauposition in einer Ebene senkrecht zur Fahrzeugquerrichtung liegt, in einem Drehmodus vorgebbar. Ferner ist bei der Lenksteuervorrichtung der Lenkwinkel mittels eines Verkippens durch einen Kippwinkel der Lenkhandhabe um eine Kippachse, welche von der Lenkdrehachse unterschiedlich ist, in einem Kippmodus vorgebbar.
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Um nun das Kraftfahrzeug besonders vorteilhaft in einem Fahrbetrieb, in welchem das Kraftfahrzeug für eine normale bestimmungsgemäße Fahrt vorgesehen ist, und in einem Rangierbetrieb, in welchem das Kraftfahrzeug beispielsweise ein- und ausgeparkt werden soll und/oder für eine Rückwärtsfahrt vorgesehen ist, zu betreiben, liegt die Kippachse in der Ebene und ist im Wesentlichen parallel zur Fahrzeughochrichtung angeordnet und zusätzlich oder alternativ liegt die Kippachse in der Ebene und ist im Wesentlichen senkrecht zur Lenkdrehachse orientiert. Dabei bedeutet im Wesentlichen parallel zur Fahrzeugrichtung, dass die Kippachse nur eine besonders kleine Abweichung von der Fahrzeughochrichtung aufweist. Im Wesentlichen senkrecht zur Lenkdrehachse bedeutet, dass eine Abweichung von der Senkrechten um einige 10° zwischen der Lenkdrehachse und der Kippachse ermöglicht wird.
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Darüber hinaus ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Vorgeben des Lenkwinkels entweder durch den Drehwinkel oder durch den Kippwinkel erfolgt und somit nicht gleichzeitig durch Drehen der Lenkhandhabe um die Lenkdrehachse und Kippen der Lenkhandhabe um die Kippachse vorgebbar ist. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei einem Stillstand des Kraftfahrzeugs, also einem Betriebszustand, in welchem sich das wenigstens eine Rad des Kraftfahrzeugs nicht dreht und das Fahrzeug relativ zu einer Umgebung im Stillstand ist, zwischen dem Drehmodus und dem Kippmodus umgeschaltet werden kann beziehungsweise umschaltbar ist. Dabei ist der Drehmodus für den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs vorgesehen und der Kippmodus für den Rangierbetrieb.
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Mit anderen Worten dient die Lenkhandhabe der Lenksteuervorrichtung zur Erzeugung des Lenkwinkels, wobei einerseits die Lenkhandhabe um eine im Wesentlichen vom Fahrer wegzeigenden Achse, also die Lenkdrehachse, drehbar ist und andererseits um eine im Wesentlichen senkrecht zu dieser Achse und/oder im Fahrzeugkoordinatensystem nach oben gerichtete Achse kippbar ist. Um sowohl das Fahren als auch das Rangieren besonders vorteilhaft zu ermöglichen, sind beide Lenkbewegungen bei stillstehendem Fahrzeug wechselweise blockierbar und freigebbar. Dabei dient die Drehbewegung für den üblichen Fahrbetrieb und die Kippbewegung für den Rangierbetrieb insbesondere bei niedriger Geschwindigkeit.
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Grundsätzlich verfügt die Lenksteuervorrichtung beziehungsweise Lenkanordnung zusätzlich zu der konventionellen Lenkdrehachse über eine weitere Drehachse, die Kippachse. Der Freigang dieser zusätzlichen Kippachse ist beispielsweise elektromechanisch oder mechanisch, beispielsweise mittels eines Spindelantriebs, sperrbar beziehungsweise lösbar. Eine Aktivierung der Kippachse kann dabei vorteilhafterweise nur erfolgen, wenn das Fahrzeug zuvor in Stillstand gebracht worden ist. Dies gilt insbesondere für einen nicht autonomen beziehungsweise teil-autonomen Fahrbetrieb.
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Ferner ist vorgesehen, dass bei Aktivierung der Kippachse die bisherige Lenkdrehachse, beispielsweise elektromechanisch, vorübergehend deaktiviert beziehungsweise gleichzeitig entkoppelt ist. Somit ist beispielsweise die Drehfunktion der Lenkhandhabe durch Drehen von dem wenigstens einen angelenkten Rad entkoppelt. Die Kippachse ermöglicht vorteilhafterweise besonders kleine Kippbewegungen, welche durch eine entsprechende Steuerung, beispielsweise mittels „Steer-By-Wire“ (Lenkung über Draht) in Verbindung mit einem entsprechenden Aktor in die entsprechende Lenkbewegung, welche dem vorgegebenen Lenkwinkel entspricht, umgesetzt werden können.
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Eine Sperrung der Lenkbewegung mittels Drehens um die Lenkachse beziehungsweise Lenkdrehachse kann für den Rangiermodus beziehungsweise Rangierbetrieb vorteilhafterweise eben nur im Stillstand und darüber hinaus vorteilhafterweise bei gerade ausgerichtetem Lenkrad erfolgen. Es kann vorgesehen sein, dass ein Fahrzeuginsasse beziehungsweise Fahrer zum Beispiel aktiv einen Taster oder Ähnliches aktivieren muss, um zwischen den beiden Betriebszuständen, dem Fahrbetrieb und dem Rangierbetrieb, umschalten zu können.
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Dabei wird anschließend eine Drehmöglichkeit der Lenkdrehachse beispielsweise mittels des Spindelantriebs oder auch elektromechanisch gesperrt und zudem deren Verbindung zu dem angelenkten Rad unterbrochen beziehungsweise entkoppelt.
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Die erfindungsgemäße Lenksteuervorrichtung hat den Vorteil, dass das Kraftfahrzeug besonders vorteilhaft gefahren werden kann, wobei im Fahrbetrieb eine konventionelle Steuerung gegeben ist. In dem Rangierbetrieb wird jedoch ein besonders komfortables Rangieren des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für ein Stellen beziehungsweise für ein Lenken des wenigstens einen Rades auf den, insbesondere durch die Lenkhandhabe, vorgegebenen Lenkwinkel ein Aktor vorgesehen ist, wobei im Drehmodus eine mechanische Wirkverbindung zwischen Lenkhandhabe und dem Aktor ausgebildet ist und/oder im Kippmodus die mechanische Wirkverbindung unterbleibt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Umschalten zwischen dem Drehmodus und dem Kippmodus nur bei einem Lenkwinkel von 0° und/oder durch einen Taster durchführbar.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist im Drehmodus das Verkippen um die Kippachse mittels einer ersten Blockiereinrichtung beziehungsweis Entkopplungseinrichtung blockierbar und/oder im Kippmodus durch das Drehen um die Lenkdrehachse mittels einer zweiten Blockiereinrichtung beziehungsweis Entkopplungseinrichtung blockierbar.
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Vorteilhafterweise sind die erste Blockiereinrichtung und die zweite Blockiereinrichtung gemeinsam als die erste Blockiereinrichtung ausgebildet.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist in einem teil-autonomen und/oder autonomen Betriebszustand des Kraftwagens der Kippmodus für den Fahrbetrieb aktivierbar.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist eine Einstiegsfunktion bereitstellbar, in welcher die Lenkhandhabe um die Kippachse kippbar ist, insbesondere ohne eine Lenkbewegung zu initiieren.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigt:
- 1 in einer schematischen Draufsicht eine Lenksteuervorrichtung mit einer Lenkhandhabe zum Erzeugen eines Lenkwinkels an wenigstens einem Rad eines Kraftfahrzeugs;
- 2 in einer schematischen Seitenansicht eine Ausführungsform der Lenksteuervorrichtung mit einer ersten und einer zweiten Blockiereinrichtung; und
- 3 in einer schematischen Seitenansicht eine weitere Ausführungsform der Lenksteuervorrichtung mit einer Blockiereinrichtung.
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1 zeigt in einer schematischen Draufsicht eine Lenksteuervorrichtung 10 mit einer Lenkhandhabe 12 zur Erzeugung eines Lenkwinkels 14 an wenigstens einem Rad 16 eines schematisch durch das Rad 16 dargestellten Kraftfahrzeugs, welches insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet ist.
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Der Lenkwinkel 14 ist dabei mittels einer Drehung 18 durch beziehungsweise um einen Drehwinkel der Lenkhandhabe 12 um eine Lenkdrehachse 20, in einem Drehmodus, welcher einen Betriebszustand der Lenksteuervorrichtung 10 beschreibt, vorgebbar.
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Die Lenkdrehachse 20 liegt in der Einbauposition der Lenksteuervorrichtung 10 in dem Kraftwagen beziehungsweise Kraftfahrzeug in einer Ebene senkrecht zur Fahrzeugquerrichtung 22. Zusätzlich ist der Lenkwinkel 14 mittels eines Verkippens 24 durch einen Kippwinkel der Lenkhandhabe 12, dargestellt durch die gestrichelte Linie, um eine Kippachse 26, welche senkrecht in die Bildebene der 1 zeigt beziehungsweise aus dieser ragt, welche von der Lenkdrehachse 20 unterschiedlich ist, in einem Kippmodus vorgebbar. Der Kippmodus beschreibt einen weiteren Betriebszustand der Lenksteuervorrichtung 10.
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Damit das Kraftfahrzeug besonders vorteilhaft betrieben werden kann und somit beispielsweise in einem Fahrbetrieb, in welchem das Fahrzeug normal zum Herumfahren benutzt wird, verwendet werden kann und darüber hinaus bei einem Rangieren, in welchem das Kraftfahrzeug beispielsweise eingeparkt und/oder rückwärts gefahren werden soll, besonders einfach bedient werden kann, ist es vorgesehen, dass der Drehmodus für den Fahrbetrieb verwendet wird und der Kippmodus für den Rangierbetrieb verwendet wird.
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Dabei ist das Vorgeben des Lenkwinkels 14 entweder durch den Drehwinkel oder den Kippwinkel möglich, nicht jedoch gleichzeitig durch Vorgeben des Drehwinkels und Vorgeben des Kippwinkels. Um vorteilhafterweise zwischen der Drehung 18 und dem Verkippen 24 unterscheiden zu können beziehungsweise ein eindeutiges und einfaches Stellen des jeweiligen Drehens 18 beziehungsweise Verkippens 24 zu ermöglichen, liegt die Kippachse 26 in der Ebene und ist im Wesentlichen parallel zur Fahrzeughochrichtung 28. Zusätzlich oder alternativ ist die Kippachse 26 im Wesentlichen senkrecht zur Lenkdrehachse 20 orientiert.
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Ein Stellen des Rads 16 auf den vorgegebenen Lenkwinkel 14 kann insbesondere durch einen Aktor 30 erfolgen, wobei im Drehmodus eine mechanische Wirkverbindung zwischen Lenkdrehachse 20 und Aktor 30 besteht. Zusätzlich oder alternativ ist im Kippmodus eine mechanische Wirkverbindung zwischen Kippachse 26 und Aktor 30 nicht gegeben. Hier kann beispielsweise ein so genanntes Steer-By-Wire-System zum Einsatz kommen. Vorteilhafterweise ist das Umschalten zwischen dem Drehmodus und dem Kippmodus nur bei einem Lenkwinkel von 0°, also bei einer Radausrichtung entlang der Fahrzeuglängsrichtung 32, möglich.
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2 zeigt die Lenksteuervorrichtung 10 in einer schematischen Seitenansicht. Im Drehmodus ist das Verkippen 24 um die Kippachse 26 mittels einer ersten Blockiereinrichtung 34 vorgesehen, wobei die Blockiereinrichtung 34 beispielsweise auch als Entsperreinrichtung fungiert und somit beispielsweise ein Entkoppeln der Kippachse 26 von der Lenkbewegung ermöglicht wird. Darüber hinaus ist in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel im Kippmodus das Drehen 18 um die Lenkdrehachse 20 mittels einer zweiten Blockiereinrichtung 36 blockierbar. Dabei kann die zweite Blockiereinrichtung 36 ebenfalls analog zur ersten Blockiereinrichtung als Entsperreinrichtung fungieren.
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3 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine zweite Ausführungsform der Lenksteuervorrichtung 10, wobei die erste Blockiereinrichtung 34 und die zweite Blockiereinrichtung 36 zu einer ersten beziehungsweise weiteren Blockiereinrichtung 38 zusammengefasst sind. Die jeweilige Blockiereinrichtung 34, 36, 38 kann beispielsweise eine Spindelantrieb aufweisen, und einen Kopf, welcher aus einem konisch zulaufenden Vierkantprofil ausgebildet ist, welches in eine korrespondierende Ausnehmung einbringbar ist.
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Beim Umschalten in den Kippmodus wird die ursprüngliche Drehbewegung des Lenkrads beziehungsweise der Lenkhandhabe 12 quasi somit durch die Blockiereinrichtung 34 beziehungsweise die Blockiereinrichtung 38 von der Lenkdrehachse 20 entkoppelt und gleichzeitig wird die Kippachse 26 gekoppelt.
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Durch Betätigen zum Beispiel eines Tasters durch einen Fahrer kann der Rangiermodus beispielsweise wieder beendet werden. Grundsätzlich ist der Rangiermodus auch automatisiert kombinierbar beispielsweise mit einem so genannten selbstlenkenden System beispielsweise einer automatischen Einparkfunktion. Dabei ergibt sich ein weiterer Vorteil, sodass sich das Lenkrad beziehungsweise die Lenkhandhabe 12 während des Einparkvorgangs nicht mehrfach dreht, sondern lediglich kleine Ausschläge um die Kippachse 26 beziehungsweise die Fahrzeughochrichtung 28 macht.
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Bei einem teil-autonom beziehungsweise autonom fahrenden Kraftfahrzeug ist es vorstellbar, dass die Funktion zur Entkopplung der Lenkdrehachse 20 sowie die Entsperrung der Kippachse 26 automatisch im Zuge der Aktivierung des teil-autonomen beziehungsweise autonomen Fahrmodus erfolgt.
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Insbesondere auch vor dem Aspekt autonom beziehungsweise teil-autonom fahrender Fahrzeuge kann somit beispielsweise zumindest über die autonom befahrenen Streckenabschnitte hinweg die Lenkanordnung beziehungsweise die Lenksteuervorrichtung 10 vorübergehend in der Null-Lage bleiben und insbesondere autonom erzeugte Lenkbewegungen werden nur über die Kippachse 26 an der Lenkhandhabe 12 gestellt. Vorteilhafterweise ist es während der autonomen beziehungsweise teil-autonomen Fahrt vorgesehen, die ursprüngliche Lenkung, insbesondere zumindest vorübergehend, von der Lenkaufgabe zu entkoppeln.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist es vorgesehen, dass beispielsweise für ein besonders vorteilhaftes Ein- beziehungsweise Aussteigen des Fahrers die Lenkhandhabe 12 zusätzlich beispielsweise mittels eines weiteren kleinen Aktors, beispielsweise eines Elektromotors mit einem Gleitgetriebe, um die Kippachse 26 nach deren Entkopplung derart geschwenkt wird, dass ein optimierter Einbeziehungsweise Ausstieg aus dem Fahrzeug möglich wird. Nachdem zum Beispiel nach dem Einsteigen der Fahrer auf dem Fahrersitz Platz genommen hat, wird dies durch eine Sitzbelegungserkennung detektiert und anschließend das Lenkrad wieder in eine normale Position überführt.
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Durch die gezeigte Lenksteuervorrichtung 10 ist eine besonders vorteilhafte Lenkanordnung für Kraftfahrzeuge sowie ein Verfahren zum Rangieren und autonomen Fahren des Kraftfahrzeugs gegeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112010005795 T5 [0003]
