DE10212764A1

DE10212764A1 - Befehlseingabegerät mit situationsabhängiger veränderbarer Haptik

Info

Publication number: DE10212764A1
Application number: DE10212764A
Authority: DE
Inventors: Reimund Limbacher
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2003-10-23
Anticipated expiration: 2022-03-23
Also published as: DE10212764B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Befehlseingabegerät (110) sowie ein Fahrerassistenzsystem mit einem Befehlseingabegerät (110). Um ein Befehlseingabegerät (110) sowie ein Fahrerassistenzsystem zur Verfügung zu stellen, welche einem Fahrzeugbenutzer die Eingabe von Befehlen erleichtern, ist gemäß der Erfindung ein Haptikvariator (130) vorgesehen, mit welchem die von der Betätigungsfläche (132) an einen Fahrzeugbenutzer vermittelbaren haptischen Eindrücke variierbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Befehlseingabegerät sowie ein Fahrerassistenzsystem mit einem Befehlseingabegerät.

Die Bedienung von komplexen Fahrerassistenzsystemen in Kraftfahrzeugen stellt immer höhere Anforderungen an das technische Verständnis des Fahrers. Beispielsweise sind bei der Aktivierung eines ACC (Adaptive Cruise Control) eine Reihe von Einschaltbedingungen zu berücksichtigen, von denen abhängig sich das ACC einschalten läßt oder nicht. So muß insbesondere der ACC-Hauptschalter eingeschaltet sein, es darf keine unzulässige Getriebewählhebelposition eingestellt sein und das Fahrzeug muß sich mit einer minimalen Geschwindigkeit (v > v-min-Schwelle) bewegen. Wenn eine oder mehrere Einschaltbedingungen nicht erfüllt sind, der Fahrzeugbenutzer dennoch ein Einschalten versucht, erhält er - wenn überhaupt - eine kurze optische oder akustische Meldung, aus der lediglich hervorgeht, daß ein Einschalten nicht möglich ist. Ob und wenn ja welche Einschaltbedingungen erfüllt sind, läßt sich dann zwar durch eine Überprüfung der jeweils einzelnen Einschaltbedingungen überprüfen, dies ist jedoch zeitaufwendig und lenkt den Fahrzeugbenutzer von Fahrgeschehen ab, der mit jedem weiteren Fahrerassistenzsystem dadurch kaum noch entlastet wird. Nachteilung ist fernen, daß der Fahrer nicht sicher weiß, ob er das ACC tatsächlich aktiviert hat. Daß führt unter Umständen zu der Erwartungshaltung, daß das ACC aktiv ist und hinter vorausfahrenden Fahrzeugen bremst. Wenn dies dann tatsächlich nicht der Fall ist, kann sich ein Auffahrunfall ereignen.

Im Zusammenhang mit einem Steer-by-wire Lenksystem für Kraftfahrzeuge ist aus DE 199 12 169 A1 bekannt, einem Fahrzeugbenutzer Fahrzustands- und Fahrbahninformationen über das Lenkrad haptisch zu vermitteln. Dieses Lenksystem weist eine Feedback-Aktuatoreinheit auf, mit der einem Fahrzeugbenutzer Fahrzustände über das Lenkrad mitgeteilt werden, indem das Handmoment variiert wird. Ferner können über das Lenkrad durch ein Ruckeln desselben haptische Rückmeldungen beispielsweise über Fehlbedienungen übermittelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Befehlseingabegerät sowie ein Fahrerassistenzsystem zur Verfügung zu stellen, welche einem Fahrzeugbenutzer die Eingabe von Befehlen erleichtern.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 6.

Gemäß der Erfindung ist bei einem Befehlseingabegerät mit mindestens einer Betätigungsfläche zur Einwirkung auf mindestens einen Signalgeber, welcher mindestens einen Signalausgang aufweist, ein Haptikvariator vorgesehen, mit welchem die von der Betätigungsfläche an einen Fahrzeugbenutzer vermittelbaren haptischen Eindrücke variierbar sind. Dadurch kann ein Fahrzeugbenutzer ohne weitere Kontrollen direkt feststellen, ob ein von ihm gegebener Befehl zulässig ist und ausgeführt wird, oder nicht. Fehleinschätzungen hinsichtlich des Betriebszustandes eines so betätigten Gerätes werden dadurch sicher vermieden.

Gerade in Fällen, in denen für die Akzeptanz einer Befehlseingabe mindestens eine kritische Bedingungen, die durch das menschliche Auge nur schwer und unsicher zu erfassen ist (z. B. Geschwindigkeit des Vordermannes), erfüllt sein muß, zeigen sich die Vorteile der Erfindung, denn der Fahrzeugbenutzer wird umfangreich entlastet und kann die Rückmeldung taktil in zusammengefaßter Form erhalten.

Vorzugsweise werden dabei die haptischen Eigenschaften der Betätigungsfläche zur Einwirkung auf den Signalgeber von dem Haptikvariator in Abhängigkeit von mindestens zwei Eingangsgrößen variiert.

Vorteilhaft ist es, wenn der Haptikvariator den Widerstand, den die Betätigungsfläche einer Betätigung entgegensetzt, zwischen mindestens zwei Charakteristiken variiert, beispielsweise zwischen betätigbar und nicht betätigbar.

Alternative bevorzugte Ausführungsformen zeichnen sich dadurch aus, daß die Betätigungsfläche als Druckfläche eines Druckschalters oder -tasters ausgebildet ist, oder, daß die Betätigungsfläche als Reibfläche eines Drehschalters oder -tasters ausgebildet ist.

Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem, mit einem Steuergerät für mindestens ein Assistenzprogramm, einem Befehlseingabegerät zur Eingabe von Eingangssignalen an das Steuergerät und mindestens einem Aktuator, mit welchem in Reaktion auf ein Ausgangssignal des Steuergerätes der Fahrzeugfahrzustand beeinflußt wird, zeichnet sich durch ein Befehlseingabegerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 aus, womit es die zuvor genannten Vorteile aufweist.

Vorzugsweise arbeitet ein solches Fahrerassistenzsystem mit einem Assistenzprogramm, das als Eingangsgrößen mindestens eine Umweltgröße und mindestens eine Fahrzeugfahrzustandsgröße berücksichtigt. Kriterien betreffend die Umwelt, die als Umweltgrößen erfaßt werden, sind neben den Eigenschaften anderer Fahrzeuge auch das Vorhandensein sonstiger Hindernisse, der Radius vorausliegender, zu durchfahrender Kurven, die aktuelle Steigung der Straße, die Art der Straße, der Zustand der Straßenoberfläche oder das Vorhandensein von gesetzlichen Vorschriften, beispielsweise Geschwindigkeitsbeschränkungen.

Wenn das Fahrerassistenzsystem ein Assistenzprogramm aufweist, welches die Funktion eines Stauassistenten übernimmt, welcher den Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug und die Geschwindigkeit eines Fahrzeuges mittels mindestens einem Aktuator steuert und/oder regelt, wird dadurch die Verkehrssicherheit erhöht. Dabei kann der Haptikvariator insbesondere so gestaltet sein, daß sich ein als Druckschalter ausgebildeter Aktivierungsknopf für das Assistenzprogramm nur dann wie gewohnt drücken läßt, wenn ein vorausfahrendes Fahrzeug durch das Fahrerassistenzprogramm durch Abfrage von Umweltgrößen erkannt wurde. Eine den Fahrer informierende, abweichende Druckcharakteristik eines Druckschalters kann sowohl in einem erhöhten als auch in einem verringerten Widerstand bestehen, also beispielsweise in einer Charakteristik fest (nicht eindrückbar) und einer Charakteristik "Leerdrücken" (ohne Widerstand).

Ist kein im Sinne eines Staus vorausfahrendes Fahrzeug erkannt, obwohl dies der Fahrzeugbenutzer aus der visuellen Beobachtung vermutet, so läßt sich der Aktivierungsknopf aufgrund einer elektromagnetischen Sperre, die eine bevorzugte Ausführungsform eines Haptikvariators darstellt, nicht eindrücken, wodurch dem Fahrer eine Rückmeldung gegeben wird, daß das System nicht aktivierbar ist. Bei dem Durchlaufen der für das Assistenzprogramm Stauassistent zu berücksichtigenden Routinen wird auch überprüft, ob vorausfahrende Fahrzeuge überhaupt relevant sind, was nicht der Fall ist, wenn sie eine andere Fahrspur benutzen.

In jedem Fall ist es bei einem Fahrerassistenzsystem, das als Stauassistent arbeitet, vorteilhaft, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeuges mittels mindestens einem Aktuator bis zum Stillstand des Fahrzeuges reduzierbar ist, weil dadurch Auffahrunfälle vermieden werden können.

Mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Fahrerassistenzsystem wird die Verkehrssicherheit also insbesondere dann erhöht, wenn ein als Stauassistent ausgebildetes Assistenzprogramm vorhanden ist und dessen Aktivierungszustand haptisch mitgeteilt wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn Umweltbedingungen zu beurteilen sind, deren Wahrnehmung den menschlichen Sinnesorganen nur schwer zugänglich sind, insbesondere Differenzgeschwindigkeiten oder Straßenzustände.

Alternativ zu einer Ausbildung als elektromagnetische Sperre kann der Haptikvariator so ausgebildet sein, daß die Kraft-Weg-Kennlinie des Aktivierungsknopfes verändert wird, z. B. um einen Knackfrosch-Effekt zu erreichen.

Die vorgenannten Ausbildungen des Haptikvariators, der gemäß der Erfindung mit einem Ein-/Aus-Schalter, oder auch Lenkstockschalter zusammenwirken kann, sind auch dann vorteilhaft, wenn das Assistenzprogramm als Fahrgeschwindigkeitsregelprogramm nach Art eines Tempomaten ausgebildet ist. Dabei ist es im Sinne der Fahrsicherheit vorteilhaft, wenn das Assistenzprogramm in Abhängigkeit von Umweltgrößen, zum Beispiel der Kurvigkeit der Straße oder des aktuellen Reibwertes zwischen den Rädern und der Straße, z. B. bei einsetzendem Regen oder winterlichen Fahrbahnverhältnissen, die Geschwindigkeit vorübergehend oder dauerhaft absenkt.

Zur Förderung der Wahrnehmbarkeit von haptisch vermittelten Informationen, weißt ein Fahrerassistenzsystem darüber hinaus gemäß einer bevorzugten Ausführungsform akustische und/oder optische Signalgeber auf.

In jedem der vorgenannten Fälle wird durch die haptische Vermittlung von Informationen die Transparenz bei der Bedienung des Fahrerassistenzsystems und damit die Fahrzeugsicherheit erhöht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung.
Es zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Befehlseingabegerät für ein Steuergerät für ein Stauassistenzprogramm gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Befehlseingabegerät für ein ACC gemäß einer ersten Ausführungsform mit einem zugehörigen Steuerprogramm in einer Prinzipdarstellung,
Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Befehlseingabegerät für ein ACC gemäß einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Befehlseingabegerät für ein ACC gemäß einer dritten Ausführungsform, und
Fig. 5 ein erfindungsgemäßes Befehlseingabegerät für ein ACC gemäß einer vierten Ausführungsform.
Das in der Fig. 1 gezeigte Befehlseingabegerät 10 für ein Stauassistenzprogramm ist als Schalterträger 12 mit Druck- und Schiebetastern ausgebildet.
Durch einen Druck auf die SET-Taste 18, kann eine aktuell gefahrene Geschwindigkeit als Sollwert eingegeben und damit das ACC aktiviert werden. Zur Eingabe einer gewünschten Geschwindigkeit sind zwei Bedienrichtungen 14, 16 vorgesehen.
Ein gewünschter Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug ist mit einem Abstandsschiebetaster 22 einstellbar, der in "+"-bzw. "-"-Richtung betätigbar ist.
Ein Druckschalter 24 zur Aktivierung des Stau-Assistenzprogramms sowie ein Wiederaufnahmetaster (resume) 26 und Aus-Taster 27 vervollständigen das Befehlseingabegerät 10.
Die veränderliche Haptik des Schalters 24 wird durch eingebaute elektromechanische Sperren (nicht gezeigt) bewirkt, deren Funktionsweise den Beispielen in den Fig. 2 bis 5 entspricht. Dabei sind Vorrichtungen zur Variation der Kraft-Weg-Kennlinie mittels elektromechanischen, pneumatischen und/oder hydraulischen Elemente verwendbar.
Die Erfassung der Kriterien zur Bewertung der Umwelt, also der Umweltgrößen, erfolgt mit Sensoren (nicht gezeigt), wie Abstandssensoren, Verkehrszeichenscannern, Reibwertsensoren, GPS-Empfängern und Daten aus Navigationssystemen.
Das in Fig. 2 gezeigte erfindungsgemäße Befehlseingabegerät 110 für ein ACC gemäß einer ersten Ausführungsform weist einen Haptikvariator 130 auf, welcher auf die Rückstellkraft einer die Betätigungsfläche 132 des Befehlseingabegerätes 110 vorspannenden Rückstellfeder 134 einwirkt. Wenn eine Betätigungskraft F die Rückstellkraft der Rückstellfeder 134 überwindet, wird an dem Befehlseingabegerät 110 ein Kontakt 136 geschlossen, wodurch an einem Signalausgang 137 ein Signal anliegt. Das ACC wird so aktiviert.
Der Haptikvariator 130 wird durch ein Steuermodul 138 in zwei alternativen Kraft-Weg-Kennlinien aktiviert, wobei in dem Steuermodul 138 ein Steuerprogramm abgearbeitet wird, welches zunächst in einer ersten Abfrage 141 abfragt, welches Fahrprogramm gewählt ist. Ist ein Fahrprogramm Fahren (D) nicht gewählt, also ein Fahrprogramm Parken (P), Rückwärtsfahrt (R) oder Neutral (N) gewählt, wird die Kraft-Weg-Kennlinie "Leerdrücken bis zum Anschlag" eingestellt.
Ist jedoch das Fahrprogramm Fahren (D) eingestellt, erfolgt in einer zweiten Abfrage 142 eine Überprüfung, ob eine Bremsenbetätigung vorliegt. Liegt eine Bremsenbetätigung vor und soll somit das ACC nicht einschaltbar sein, erfolgt wiederum die Auswahl der Kraft-Weg-Charakteristik "Leerdrücken bis zum Anschlag", und das ACC bleibt inaktiv.
Liegt eine Bremsenbetätigung nicht vor, erfolgt in einer dritten Abfrage 143 eine Überprüfung, ob die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeuges kleiner ist als eine Höchstgeschwindigkeit, bei der eine Aktivierung des ACC zulässig ist. Ist die Geschwindigkeit zu hoch, läßt sich das ACC nicht aktivieren und die Kraft-Weg-Charakteristik ist wiederum "Leerdrücken bis zum Anschlag".
Ist jedoch die Geschwindigkeit des Fahrzeuges nicht zu hoch, erfolgt in einer vierten Abfrage 144 eine Überprüfung, ob in der eigenen Fahrspur sich ein bewegtes Fahrzeug befindet. Ist dies nicht der Fall, läßt sich das ACC nicht aktivieren. Ist dies jedoch der Fall, hat das Bedienelement 110 eine Kraft- Weg-Charakteristik mit in etwa linearer Kennlinie, und das ACC läßt sich durch Drücken auf die Betätigungsfläche 132 aktivieren.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen, durch welche Maßnahmen eine Variation der Haptik erfolgen kann. Soweit gleiche Elemente in Fig. 2 verwendet sind, sind Bezugszeichen verwendet worden, die um 100, 200, 300 bzw. 400 erhöht wurden. Auf die entsprechende Beschreibung wird hiermit verwiesen. Dabei ist in Fig. 3 als Haptikvariator 230 ein elektromagnetisch oder elektromotorisch betätigter Riegel 250 vorgesehen, welcher einen Anschlag 252 hintergreift und dadurch verhindert, daß durch ein Drücken auf die Betätigungsfläche 232 ein Einschalten des ACC erfolgt, wenn die Einschaltbedingungen, die wie in Fig. 2 dargestellt überprüft werden, nicht erfüllt sind.
Fig. 4 zeigt einen Haptikvariator 330, welcher mit einer Rastnase 360 zusammenwirkt, welche an einem Betätigungsstift 362 des Befehlseingabegerätes 310 angeordnet ist. der Haptikvariator 330 weist eine Raste 364 auf, welche im ausgefahrenen Zustand, also bei nicht erfüllten Einschaltbedingungen für das ACC beim Drücken auf die Betätigungsfläche 332 ein Knackfroschgeräusch und eine dementsprechende Haptik erzeugt.
Der in Fig. 5 gezeigte Haptikvariator 430 weist eine Rückstellfeder 434 auf, deren Anlenkpunkt elektromagnetisch oder elektromotorisch verstellbar ist, so daß die Federvorspannung in Abhängigkeit von den erfüllten oder nicht erfüllten Einschaltbedingungen für das ACC variiert wird. Sind die Einschaltbedingungen erfüllt, läßt sich durch Drücken der Betätigungsfläche 432 der Schalter leicht betätigen, wohingegen bei nicht erfüllten Einschaltbedingungen sich der Schalter nur schwer drücken läßt.

Claims

1. Befehlseingabegerät mit mindestens einer Betätigungsfläche (24; 132; 232; 332; 432) zur Einwirkung auf mindestens einen Signalgeber, welcher mindestens einen Signalausgang (137; 237; 337; 437) aufweist, gekennzeichnet durch einen Haptikvariator (130; 230; 330; 430), mit welchem die von der Betätigungsfläche an einen Fahrzeugbenutzer vermittelbaren haptischen Eindrücke variierbar sind.

2. Befehlseingabegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die haptischen Eigenschaften der Betätigungsfläche (24; 132; 232; 332; 432) zur Einwirkung auf den Signalgeber von dem Haptikvariator (130; 230; 330; 430) in Abhängigkeit von mindestens zwei bzw. schwer zu erfassenden Eingangsgrößen variiert werden.

3. Befehlseingabegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Haptikvariator (130; 230; 330; 430) den Widerstand, den die Betätigungsfläche (24; 132; 232; 332; 432) einer Betätigung entgegensetzt, zwischen mindestens zwei Charakteristiken variiert.

4. Befehlseingabegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsfläche (24; 132; 232; 332; 432) als Druckfläche eines Druckschalters oder -tasters ausgebildet ist.

5. Befehlseingabegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsfläche als Reibfläche eines Drehschalters oder -tasters ausgebildet ist.

6. Fahrerassistenzsystem, mit einem, mindestens ein Assistenzprogramm ausführenden Steuergerät, einem Befehlseingabegerät (10; 110; 210; 310; 410) zur Eingabe von Eingangssignalen an das Steuergerät und mindestens einem Aktuator, mit welchem in Reaktion auf ein Ausgangssignal des Steuergerätes der Fahrzeugfahrzustand beeinflußt wird, gekennzeichnet durch ein Befehlseingabegerät (10; 110; 210; 310; 410) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.

7. Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Assistenzprogramm als Eingangsgrößen mindestens eine Umweltgröße und mindestens eine Fahrzeugfahrzustandsgröße berücksichtigt.

8. Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Assistenzprogramm die Funktion eines Stauassistenten übernimmt, welcher den Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug und die Geschwindigkeit eines Fahrzeuges mittels mindestens einem Aktuator steuert und/oder regelt.

9. Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Fahrzeuges mittels mindestens einem Aktuator bis zum Stillstand des Fahrzeuges reduzierbar ist.

10. Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Assistenzprogramm die Funktion eines Geschwindigkeitsregelprogrammes übernimmt.