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Die Erfindung betrifft eine Bedienanordnung für ein Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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Um den Lenkwunsch eines Fahrers umzusetzen, werden in Personenkraftwagen derzeit Lenkräder eingesetzt. Durch Vorgabe eines Winkels am Lenkrad kann der Fahrer eine Zahnstangenposition und damit die Richtung, in welche das Fahrzeug steuert, bestimmen. Bei herkömmlichen Fahrzeugen sind Lenkrad und Räder dabei mechanisch miteinander verbunden. Die Drehbewegung wird dabei vom Lenkrad über die Lenksäule und Lenkzwischenwelle auf ein Getriebe übertragen, welches die Drehbewegung in eine translatorische Bewegung der Zahnstange überträgt. Diese wiederum sorgt für die Verdrehung der Räder in die gewünschte Position.
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Ein Beispiel für ein alternatives Bedienelement ist ein Joystick, welcher aus dem Gaming-Bereich stammt. Bereiche, in denen das Lenken von Fortbewegungsmitteln durch einen Joystick angewendet wird, sind beispielsweise die Luftfahrt oder der Nkw-Bereich.
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Die Entwicklung in der Automobilbranche hin zum hochautomatisierten Fahren führt zu neuen Wünschen in Bezug auf das Lenksystem. So besteht bei vielen Automobilherstellern beispielsweise der Wunsch, dass sich das Lenkrad nicht dreht, für den Fall, dass der Autopilot die Steuerung des Fahrzeuges übernimmt. Durch Verzicht auf die mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Rädern und stattdessen Kommunikation des Lenkwunsches per Kabel (Steer-by-Wire) kann dieser Wunsch realisiert werden. Eine weitere Annahme ist, dass dem Fahrer beim Fahren mit Autopiloten das Lenkrad, so wie es aktuell positioniert ist, im Weg ist. Wenn der Fahrer nicht mehr selbst fahren muss, könnte er beispielsweise während der Fahrt mit einem Laptop arbeiten oder Zeitung lesen. Für diesen Zweck ist das Lenkrad dem Fahrer eher im Weg, eine Ablage wäre beispielsweise nützlicher.
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DE 199 12 169 A1 offenbart ein Steer-by-Wire Lenksystem, welches aus einem elektronisch geregelten elektromotorischen Lenksteller, der am Lenkgetriebe der Vorderachse oder auch an beiden Vorderrädern angebracht ist, einem elektronischen Lenkregler und einer Feedback-Aktuatoreinheit besteht. Der Fahrerlenkwunsch wird am Lenkrad durch einen Geber abgegriffen. Die elektronisch geregelten elektromotorischen Lenksteller setzen den Fahrerwunsch sodann in eine translatorische Bewegung des Lenksystems an der Vorderachse des Kraftfahrzeugs um.
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Sowohl bei einem Lenkrad als auch bei einem Joystick befindet sich zumindest einer der Arme des Fahrers in einer Zwangsposition, die ungleich einer Komfortposition ist. Außerdem muss mit diesem Arm je nach Fahrsituation erhebliche Arbeit verrichtet werden, wie beispielsweise bei einem Parkvorgang. Dabei sind große Wege notwendig. Des Weiteren sind mit einem Arm nur schwer hochpräzise Bewegungen auszuführen bei geringem Weg.
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Um diese Anforderungen an Fahrzeuge der Zukunft realisieren zu können, bedarf es neuen Fahrzeuginnenraumkonzepts inklusive eines alternativen Bedienkonzepts. Es ist wünschenswert, einen Mechanismus für ein Eingabegerät bereitzustellen, der es dem Fahrer ermöglicht, in sämtlichen Fahrsituationen in einer Komfortposition zu verweilen und gleichzeitig eine präzise Steuerung des Lenksystems und/oder weiterer Fahrzeugsysteme durchzuführen.
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Die Erfindung wird mit einer Bedienanordnung für ein Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Des Weiteren wird die Erfindung mit einem Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Bedienanordnung für ein ein Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem in einem Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs angeordneten mechanischen Bedienelement zur Eingabe eines Lenk- und/oder Fahrwunsches eines Fahrers des Kraftfahrzeugs, und mit einer mit dem Bedienelement verbundenen Komponente, wobei das mechanische Bedienelement um eine erste axiale Rotationsachse des mechanischen Bedienelements drehbar gelagert ist, wobei das mechanische Bedienelement um eine zweite Rotationsachse der mit dem mechanischen Bedienelement verbundenen Komponente drehbar gelagert ist, und wobei das Bedienelement dazu ausgebildet ist, bei einem zumindest abschnittsweisen Einfügen zumindest eines Fingerglieds, insbesondere eines Fingerendglieds, des Fahrers des Kraftfahrzeugs durch Beugen und/oder Strecken des zumindest einen Fingerglieds um die erste axiale Rotationsachse des mechanischen Bedienelements und die zweite Rotationsachse der mit dem mechanischen Bedienelement verbundenen Komponente gedreht zu werden.
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Die vorliegende Erfindung schafft des Weiteren ein Steer-by-Wire Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem ein Lenkgetriebe antreibenden Aktuator und einer erfindungsgemäßen Bedienanordnung, wobei der das Lenkgetriebe antreibende Aktuator unter Verwendung einer durch die Bedienanordnung erfassten Eingabe des Lenk- und/oder Fahrwunsches eines Fahrers des Kraftfahrzeugs ansteuerbar ist.
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Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, durch Entfall des herkömmlichen Lenkrads verbesserte Platzverhältnisse im Fahrgastraum zu schaffen. Aufgrund dessen, dass das Bedienelement einhändig bedienbar ist, ergibt sich der Vorteil, dass eine Größe des Bedienelements im Gegensatz zu herkömmlichen Lenkrädern wesentlich reduzierbar ist als auch die Möglichkeit einer flexiblen Anordnung des Bedienelements im Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs in einem Griffbereich des Fahrers.
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Überdies ist in vorteilhafter Weise eine überaus präzise Bedienung des Bedienelements durch den Fahrer möglich, bei welcher der Arm und die Hand des Fahrers in sämtlichen Fahrsituationen in einer Komfortposition verweilen kann. Darüber hinaus ist in allen Fahrsituationen eine minimale Arbeit bei geringen Wegen zu verrichten. Des Weiteren ist der Mechanismus deutlich kostengünstiger als ein Lenkrad oder Joystick bei gleichzeitig geringerem Bauraumbedarf.
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Durch das geringe Kraftniveau, das mit den Fingern aufgebracht werden kann, kann der komplette Mechanismus deutlich kleiner dimensioniert werden als bei einem Lenkrad/Joystick mit Feedbackaktuator. Das spart zum einem Kosten und zum anderen kann ein Feedbackaktuator als Direktantrieb ausgelegt werden, so dass evtl. teure und bauraumintensive Komponenten wie z.B. ein Drehstabsensor und Getriebe entfallen können.
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Der Mechanismus kann so integriert werden, dass die Drehachsen parallel zur Fahrzeug-Z-Achse orientiert sind und sich der Mechanismus in der Mittelkonsole oder Tür befindet. Er kann jedoch auch z.B. um 45° um die Fahrzeuglängsachse zum Fahrer geneigt werden, um die Armposition noch komfortabler zu machen. Auch andere Orientierungen und Positionierungen sind denkbar und sinnvoll.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Bedienanordnung eine elektrische Maschine aufweist, wobei die mit dem Bedienelement verbundene Komponente ein Außenläufer der elektrischen Maschine, insbesondere eines Außenläufermotors, oder ein mit einer Welle der elektrischen Maschine verbundener Hebelarm ist.
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Die Bedienanordnung kann somit vorteilhafter Weise unter Verwendung verschiedener Arten elektrischer Maschinen bereitgestellt werden. Im Falle der Verwendung eines Außenläufermotors ist das Bedienelement vorzugsweise direkt mit dem Außenläufer verbunden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Bedienelement einen Aufnahmeabschnitt zum Einfügen des zumindest einen Fingerglieds, insbesondere des Fingerendglieds des Fahrers des Kraftfahrzeugs, und einen Befestigungsabschnitt, an welchem das Bedienelement mit der Komponente verbunden ist, aufweist, wobei der Aufnahmeabschnitt einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt und der Befestigungsabschnitt einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
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Die Form des Aufnahmeabschnitts des Bedienelements ermöglicht somit in vorteilhafter Weise eine einfache Bedienung bzw. Handhabung des Bedienelements durch einfaches Einfügen zumindest eines Fingerglieds in das Bedienelement.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste axiale Rotationsachse des mechanischen Bedienelements eine Mittellängsachse des Befestigungsabschnitts des Bedienelements ist, und wobei die zweite Rotationsachse eine Rotationsachse der Welle der elektrischen Maschine ist, an welcher die mit dem mechanischen Bedienelement verbundene Komponente drehbar gelagert ist.
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Somit kann vorteilhafter Weise eine Bewegung der Bedienungsanordnung mit zwei Freiheitsgraden ermöglicht werden, d.h. die Eigendrehung des Bedienelements sowie die Drehung des Außenläufers oder des Hebelarms um die Rotationsachse der elektrischen Maschine. Diese Drehbarkeit der Bedienungsanleitung ist damit einer natürlichen Bewegung von Fingergliedern einer Hand nachempfunden und ermöglicht daher eine besonders ergonomische Bedienung unter Verwendung der Fingerglieder der Hand.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Bedienelement orthogonal zu einer Oberfläche des Hebelarms an einem ersten Endabschnitt des Hebelarms angeordnet ist, und wobei der Hebelarm an einem, zu dem ersten Endabschnitt entgegengesetzt angeordneten zweiten Endabschnitt orthogonal oder in einem vorgegebenen Neigungswinkel zur Welle der elektrischen Maschine angeordnet, insbesondere auf der Welle der elektrischen Maschine gelagert, ist.
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Diese Anordnung des Bedienelements und des Hebelarms relativ zueinander ermöglicht eine parallele Anordnung der Drehachsen des Bedienelements und des Hebelarms und damit eine ergonomische Bedienung der Bedienanordnung durch jeweilige Fingerglieder der Hand des Fahrers.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass an einer Stirnseite der elektrischen Maschine ein, insbesondere an eine Kontur der Stirnseite der elektrischen Maschine angepasster, mechanischer Endanschlag zur Begrenzung einer Rotationsbewegung des Hebelarms angeordnet ist, wobei ein Bewegungsbereich des Hebelarms bis zu 180° beträgt.
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Der mechanischer Endanschlag verhindert in vorteilhafter Weise ein Überdrehen der Bedienanordnung. Eine Abmessung des mechanischen Endanschlag ist dabei derart bemessen, dass ein voller Bewegungsumfang der Fingerglieder von Beugung bis Streckung möglich ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste axiale Rotationsachse derart angeordnet ist, dass diese bei Betätigung des Bedienelements im Wesentlichen deckungsgleich zu einer ersten Knickachse eines Fingerendgelenks ist, und wobei die zweite Rotationsachse derart angeordnet ist, dass diese bei Betätigung des Bedienelements im Wesentlichen deckungsgleich zu einer zweiten Knickachse eines Fingermittelgelenks ist.
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Somit kann in vorteilhafter Weise eine einer Knickbewegung der Fingergelenke nachempfundene Betätigung des Bedienelements ermöglicht werden. Damit ist eine sehr ergonomische Bedienung einer Lenkfunktion und/oder sonstiger Fahrfunktionen des Kraftfahrzeugs möglich.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Bedienanordnung eine Feedbackeinrichtung zum Erzeugen einer haptischen Rückmeldung an den Fahrer des Kraftfahrzeugs aufweist, wobei die Feedbackeinrichtung mit dem Bedienelement derart wirkverbunden ist, dass durch die Feedbackeinrichtung in Abhängigkeit einer definierbaren Fahrsituation eine haptische Rückmeldung des Bedienelements an den Fahrer des Kraftfahrzeugs erzeugbar ist.
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Das Vorsehen der Feedbackeinrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise das empfangen von Feedback bezüglich von einer Fahrumgebung auf das Lenksystem wirkenden Kräften.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Feedbackeinrichtung einen mit der Welle der elektrischen Maschine verbundenen Drehmomentsensor zum Erfassen eines durch Betätigen des Bedienelements auf die Welle der elektrischen Maschine aufgebrachten Drehmoments, einen mit der Welle der elektrischen Maschine verbundenen Drehwinkelsensor, ein mit der Welle der elektrischen Maschine verbundenes Getriebe und die elektrische Maschine aufweist.
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Die Bedienanordnung umfasst somit in vorteilhafter Weise sämtliche Komponenten, welche die Erfassung und Ausführung eines Lenkwunsches des Fahrers des Kraftfahrzeugs ermöglichen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Aufnahmeabschnitt des Bedienelements an einer Innenseite des, einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisenden, Bedienelements angeordnet ist, und wobei an einer Außenseite des Bedienelements ein erstes Betätigungselement zur Eingabe eines ersten Fahrwunsches des Fahrers des Kraftfahrzeugs, insbesondere zum Beschleunigen des Kraftfahrzeugs, und ein zweites Betätigungselement zur Eingabe eines zweiten Fahrwunsches des Fahrers des Kraftfahrzeugs, insbesondere zum Abbremsen des Kraftfahrzeugs, angeordnet sind.
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Die Bedienanordnung ermöglicht somit in vorteilhafter Weise eine Eingabe sowie Umsetzung sowohl eines Lenkwunsches als auch eine Mehrzahl von Fahrwünschen des Fahrers des Kraftfahrzeugs.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Bedienelement durch ein erstes Lagerelement, insbesondere ein erstes Radiallager, mit dem Außenläufer der elektrischen Maschine, insbesondere des Außenläufermotors, oder dem mit der Welle der elektrischen Maschine verbundenen Hebelarm verbunden ist, und wobei der Hebelarm durch ein zweites Lagerelement, insbesondere ein zweites Radiallager, mit der Welle der elektrischen Maschine, einem Getriebe oder einem Drehmomentsensor verbunden ist.
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Die entsprechende Lagerung des Hebelarms und/oder des Bedienelements ermöglichen somit in vorteilhafter Weise eine präzise Ausführung eines Lenkwunsches des Fahrers des Kraftfahrzeugs.
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Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
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Figurenliste
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
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Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Bedienanordnung für ein Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung einer Bedienanordnung für das Steer-by-Wire Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß einer weiterem bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine Draufsicht der Bedienanordnung für das Steer-by-Wire Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 4 eine Draufsicht der Bedienanordnung für das Steer-by-Wire Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 5 eine schematische Darstellung der Bedienanordnung für das Steer-by-Wire Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 6 eine schematische Darstellung der Bedienanordnung für das Steer-by-Wire Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 7 eine schematische Darstellung eines Fahrgastraums mit der Bedienanordnung für das Steer-by-Wire Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
- 8 eine schematische Darstellung des Steer-by-Wire Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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Die in 1 gezeigte Bedienanordnung 1 für das Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs umfasst ein in einem Fahrgastraum 5 des Kraftfahrzeugs angeordnetes mechanisches Bedienelement 10 zur Eingabe eines Lenk- und/oder Fahrwunsches eines Fahrers des Kraftfahrzeugs.
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Die Bedienanordnung 1 für das Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs umfasst eine mit dem Bedienelement 12 verbundene Komponente 14a, 14b. Das mechanische Bedienelement 12 ist um eine erste axiale Rotationsachse 16 des mechanischen Bedienelements 12 drehbar gelagert.
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Das mechanische Bedienelement 12 ist ferner um eine zweite Rotationsachse 18 der mit dem mechanischen Bedienelement 12 verbundenen Komponente 14a, 14b drehbar gelagert. Darüber hinaus ist das Bedienelement 12 dazu ausgebildet, bei einem zumindest abschnittsweisen Einfügen zumindest eines Fingerglieds 15a, 15b, 15c, insbesondere eines Fingerendglieds 15a1, 15b1, 15c1, des Fahrers des Kraftfahrzeugs durch Beugen und/oder Strecken des zumindest einen Fingerglieds 15a, 15b, 15c um die erste axiale Rotationsachse 16 des mechanischen Bedienelements 12 und die zweite Rotationsachse 18 der mit dem mechanischen Bedienelement 12 verbundenen Komponente 14a, 14b gedreht zu werden.
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Die Bedienanordnung 10 weist eine elektrische Maschine 20, 24 auf, wobei die mit dem Bedienelement 12 verbundene Komponente 14a ein mit einer Welle 26 der elektrischen Maschine 20 verbundener Hebelarm 28 ist.
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In einem Aufbau mit einem Drehmomentsensor wäre der Hebelarm alternativ mit einer Seite des Drehmomentsensors verbunden. Er könnte jedoch auch mit dem Getriebeausgang verbunden sein.
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Das Bedienelement 12 weist ferner einen Aufnahmeabschnitt 12a zum Einfügen des zumindest eines Fingerglieds 15a, 15b, 15c, insbesondere des Fingerendglieds 15a1, 15b1, 15c1, des Fahrers des Kraftfahrzeugs und einen Befestigungsabschnitt 12b, an welchem das Bedienelement 12 mit der Komponente 14a, 14b verbunden ist, auf. Der Aufnahmeabschnitt 12a weist überdies einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt und der Befestigungsabschnitt 12b einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf.
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Alternativ kann das Bedienelement 12 beispielsweise eine andere geeignete Form aufweisen. Eine solche Form könnte beispielsweise durch an einem Stab angeordneten Fingerlingen zum Einfügen zumindest eines Fingers ausgebildet sein.
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Das Besondere an dem Mechanismus ist, dass durch die Kombination aus dem Hebel und der frei drehbaren Handhabe bzw. dem Bedienelement 12 eine komfortable Bedienung durch die Finger erfolgen kann. Der Mechanismus erlaubt durch den großen Winkelbereich und die extreme Feinfühligkeit von Fingern eine präzise Vorgabe des Lenkwunsches.
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Durch den besonderen Aufbau des Mechanismus ist es ferner möglich, die Welle 26 ohne Umgreifen auch um mehrere Umdrehungen zu drehen, indem die Finger nicht gebeugt/gestreckt werden, sondern über das Handgelenk und evtl. den Arm eine rührende Bewegung vollzogen wird. Dies kann in besonderen Fahrsituationen, wo evtl. extreme Präzision benötigt wird, wie z.B. bei einem Parkieren hilfreich sein. In diesem Fall ist kein mechanischer Endanschlag vorgesehen.
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Die erste axiale Rotationsachse 16 des mechanischen Bedienelements 12 ist eine Mittellängsachse des Befestigungsabschnitts 12b des Bedienelements 12. Die zweite Rotationsachse 18 ist eine Rotationsachse der Welle 26 der elektrischen Maschine 20, an welcher die mit dem mechanischen Bedienelement 12 verbundene Komponente 14a, 14b drehbar gelagert ist oder alternativ eine Achse eines Getriebeausgangs oder eines Drehmomentsensors.
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Das Bedienelement 12 ist orthogonal zu einer Oberfläche des Hebelarms 28 an einem ersten Endabschnitt 28a des Hebelarms 28 angeordnet. Der Hebelarm 28 ist an einem, zu dem ersten Endabschnitt 28a entgegengesetzt angeordneten zweiten Endabschnitt 28b orthogonal oder in einem vorgegebenen Neigungswinkel zur Welle 26 der elektrischen Maschine 20 angeordnet, insbesondere auf der Welle 26 der elektrischen Maschine 20 oder alternativ eine Achse eines Getriebeausgangs oder eines Drehmomentsensors gelagert.
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Die erste axiale Rotationsachse 16 ist derart angeordnet, dass diese bei Betätigung des Bedienelements 12 im Wesentlichen deckungsgleich zu einer ersten Knickachse K1 eines Fingerendgelenks ist. Die zweite Rotationsachse 18 ist ferner derart angeordnet, dass diese bei Betätigung des Bedienelements 12 im Wesentlichen deckungsgleich zu einer zweiten Knickachse K2 eines Fingermittelgelenks ist.
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Die Rotationsachse 16 ermöglicht das Knicken des Fingerendgelenks, muss aber nicht unbedingt durch die Knickachse K1 gehen. Sie kann auch vorgelagert sein. In den Beispielen geht die Rotationsachse 16 durch die Fingerspitze eines Benutzers. Die Knickachse K2 und die Rotationsachse 18 liegen wie beschrieben in einer Flucht bzw. benachbart hierzu.
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Die Bedienanordnung 10 weist eine Feedbackeinrichtung 32 zum Erzeugen einer haptischen Rückmeldung an den Fahrer des Kraftfahrzeugs auf. Die Feedbackeinrichtung 32 ist mit dem Bedienelement 12 derart wirkverbunden, dass durch die Feedbackeinrichtung 32 in Abhängigkeit einer definierbaren Fahrsituation eine haptische Rückmeldung des Bedienelements 12 an den Fahrer des Kraftfahrzeugs erzeugbar ist.
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Die Feedbackeinrichtung 32 weist einen mit der Welle 26 der elektrischen Maschine 20 verbundenen Drehmomentsensor 34 zum Erfassen eines durch Betätigen des Bedienelements 12 auf die Welle 26 der elektrischen Maschine 20 aufgebrachten Drehmoments, einen mit der Welle 26 der elektrischen Maschine 20 verbundenen Drehwinkelsensor 36, ein mit der Welle 26 der elektrischen Maschine 20 verbundenes Getriebe 38 und die elektrische Maschine 20 auf.
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Sinnvolle Kombinationen sind z.B. elektrische Maschine 20 - Hebelarm, elektrische Maschine 20 - Getriebe - Hebelarm, elektrische Maschine 20 - Getriebe - Drehmomentsensor - Hebelarm oder elektrische Maschine 20 - Drehmomentsensor - Hebelarm. Der Drehmomentsensor kann überall verbaut sein. Auch vor der elektrischen Maschine.
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Nur die elektrische Maschine 20 und irgendeine Form von Winkelsensor ist zwingend notwendig. Der Drehwinkelsensor 36 und das Getriebe 38 sind optional.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Bedienanordnung für das Steer-by-Wire Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß einer weiterem bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die Bedienanordnung 10 weist eine elektrische Maschine 20, 24 auf, wobei die mit dem Bedienelement 12 verbundene Komponente 14a, 14b ein Außenläufer 22 bzw. eine Glocke der elektrischen Maschine 24, insbesondere eines Außenläufermotors 24 ist.
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Vorteilhaft an dieser Ausführungsformen ist, dass aufgrund der Verwendung eines Außenläufermotors das Bedienelement direkt mit der Glocke des Außenläufers verbunden ist. Damit kann in vorteilhafter Weise auf das Vorsehen eines Hebelarms zum Verbinden einer Welle der elektrischen Maschine mit dem Bedienelement verzichtet werden.
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Ein Endanschlag zur Begrenzung einer Bewegung des Außenläufers kann beispielsweise durch einen softwareimplementierten Endanschlag vorgesehen sein. Alternativ kann die Glocke und ein Stator mit speziellen Anschlägen ausgestattet sein, die an spezifischen Winkeln aneinanderstoßen und damit den Winkelbereich begrenzen.
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3 zeigt eine Draufsicht der Bedienanordnung für das Steer-by-Wire Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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An einer Stirnseite 20a der elektrischen Maschine 20 ist ein im Wesentlichen bogenförmig ausgebildeter, insbesondere an eine Kontur der Stirnseite 20a der elektrischen Maschine 20 angepasster, mechanischer Endanschlag 30 zur Begrenzung einer Rotationsbewegung des Hebelarms 28 angeordnet. Ein Bewegungsbereich des Hebelarms 28 beträgt bis zu 180°.
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In der in 3 gezeigten Darstellung ist der Hebelarm 28 und das mit dem Hebelarm verbundene Bedienelement 12 in einer ersten Endposition dargestellt.
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4 zeigt eine Draufsicht der Bedienanordnung für das Steer-by-Wire Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In der in 4 gezeigten Darstellung ist der Hebelarm 28 und das mit dem Hebelarm verbundene Bedienelement 12 in einer zweiten Endposition dargestellt, wobei das Bedienelement 12 relativ zu dem Hebelarm 28 gedreht ist.
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5 zeigt eine schematische Darstellung der Bedienanordnung für das Steer-by-Wire Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Der Aufnahmeabschnitt 12a des Bedienelements 12 ist an einer Innenseite 12a1 des, einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisenden, Bedienelements 12 angeordnet. An einer Außenseite 12a2 des Bedienelements 12 sind ein erstes Betätigungselement 40 zur Eingabe eines ersten Fahrwunsches des Fahrers des Kraftfahrzeugs, insbesondere zum Beschleunigen des Kraftfahrzeugs, und ein zweites Betätigungselement 42 zur Eingabe eines zweiten Fahrwunsches des Fahrers des Kraftfahrzeugs, insbesondere zum Abbremsen des Kraftfahrzeugs, angeordnet.
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Das Bedienelement 12 ist durch ein erstes Lagerelement 44, insbesondere ein erstes Radiallager, mit dem Außenläufer 22 der elektrischen Maschine 24, insbesondere des Außenläufermotors 24, oder dem mit der Welle 26 der elektrischen Maschine 20 verbundenen Hebelarm 28 verbunden und kann frei rotieren. Der Hebelarm 28 ist ferner durch ein zweites Lagerelement 46, insbesondere ein zweites Radiallager, mit der Welle 26 der elektrischen Maschine 20 verbunden.
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Der Hebelarm ist wiederrum starr mit der Welle verbunden (je nach Ausführung Motor, Drehmomensensor oder Getriebe). Wäre der Hebelarm über ein Radiallager verbunden, so könnte sich der Hebelarm frei gegen die Welle verdrehen und es könnte kein Feedback übertragen werden.
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6 zeigt eine schematische Darstellung der Bedienanordnung für das Steer-by-Wire Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Der Aufnahmeabschnitt 12a des Bedienelements 12 ist an einer Innenseite 12a1 des, einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisenden, Bedienelements 12 angeordnet.
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Oberhalb der Innenseite 12a1 des Bedienelements 12 ist ein einzelnes Betätigungselement 140 zur Eingabe eines ersten Fahrwunsches des Fahrers des Kraftfahrzeugs, insbesondere zum Beschleunigen des Kraftfahrzeugs, und zur Eingabe eines zweiten Fahrwunsches des Fahrers des Kraftfahrzeugs, insbesondere zum Abbremsen des Kraftfahrzeugs, angeordnet.
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Das Betätigungselement 140 muss jedoch nicht unbedingt oberhalb der Innenseite angeordnet sein. Es kann alternativ derart anderweitig angeordnet sein, dass es vom Daumen gut zu erreichen ist.
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Ein Beschleunigungswunsch kann beispielsweise durch ein nach unten drücken und ein Bremswunsch durch ein nach oben drücken eingegeben werden. Alternativ sind auch andere Betätigungsmöglichkeiten wie z.B. eine links- rechts Bewegung denkbar.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrgastraums mit der Bedienanordnung für das Steer-by-Wire Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die das Bedienelement 12 umfassende Bedienanordnung 10 ist vorzugsweise im Bereich einer Mittelkonsole des Fahrgastraums 5 des Kraftfahrzeugs angeordnet.
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Dies ermöglicht beispielsweise, dass ein Arm des Fahrers auf der Armauflage der Mittelkonsole auflegbar ist und somit eine einfache Bedienbarkeit des Bedienelements 12 gewährleistet ist. Eine Handkante der Hand des Fahrers liegt bei der Bedienung des Bedienelements 12 auf der Armauflage auf und zumindest eines der Fingerglieder ist in das Bedienelement 12 eingefügt. Der Fahrer ist somit in der Lage, einen Lenkwunsch durch Beugen oder Spreizen der Fingerglieder der Hand einzugeben. Das Bedienelement 12 kann alternativ z.B. in einer Fahrzeugtür integriert sein. Es ist auch denkbar, dass es für jede Hand ein Device gibt (Dual Device).
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8 zeigt eine schematische Darstellung des Steer-by-Wire Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Das Steer-by-Wire Lenksystem 1 für ein Kraftfahrzeug umfasst einen ein Lenkgetriebe 2 antreibenden Aktuator 4, sowie die erfindungsgemäße Bedienanordnung 10.
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Der das Lenkgetriebe 2 antreibende Aktuator 4 ist unter Verwendung einer durch die Bedienanordnung 10 erfassten Eingabe des Lenk- und/oder Fahrwunsches eines Fahrers zum Bewegen der Räder 3a, 3b des Kraftfahrzeugs ansteuerbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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