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Die
Erfindung betrifft ein Rückwärtsfahr-Steuerungssystem
für ein
Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Ein
Steuerungssystem ist beispielsweise aus der WO 98/36956 für ein Kraftfahrzeug
bekannt, dessen Antriebsstrang eine elektronisch ansteuerbare Bremsanlage
aufweist. Eine derartige Bremsanlage umfasst ein manuelles Bedienelement,
nämlich
ein Bremspedal, das von einem Fahrzeugführer manuell betätigbar ist
und das in Abhängigkeit
seiner Betätigung
ausgangsseitige Fahrerwunschsignale erzeugt. Zu diesem Zweck ist
dem manuellen Bedienelement, also dem Bremspedal, ein Sollwertgeber
zugeordnet, der den Stellweg des Bremspedals und/oder die Betätigungskraft
in die Fahrerwunschsignale umwandelt. Des Weiteren ist ein Steuergerät vorgesehen, das
in Abhängigkeit
eingangsseitiger Fahrerwunschsignale die Bremsanlage betätigt. Zu
diesem Zweck besitzt die Bremsanlage für jede Radbremse einen entsprechenden
Aktor. Diese Aktoren können
vom Steuergerät
in der jeweils gewünschten
Weise angesteuert werden können.
Eine derartige, elektronisch ansteuerbare Bremsanlage arbeitet ohne
direkte mechanische bzw. hydraulische Wirkverbindung zwischen Bremspedal
und den einzelnen Radbremsen. Die Kopplung erfolgt ausschließlich durch
die elektrischen Signale, so dass hier auch von einem Break-by-Wire-System
gesprochen werden kann.
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Aus
der
DE 196 48 943
A1 ist ein Steuerungssystem für Kraftfahrzeuge bekannt, wobei
der Antriebsstrang wahlweise manuell und automatisch ansteuerbar
ist. Eine zentrale Steuereinrichtung steuert den automatischen Fahrbetrieb. Über eine Umschalteinheit
kann zwischen dem manuellen und automatischen Fahrbetrieb umgeschaltet
werden. Das Kraftfahrzeug fährt
gemäß Ausführungsbeispiel automatisch
auf einer Straße
und kann im Bereich einer Zielkreuzung wieder in den manuellen Fahrbetrieb
und umgekehrt geschaltet werden. Auch ein automatischer Fahrspurwechsel
ist beschrieben.
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Die
DE 100 17 279 A1 beschreibt
ein System zur automatischen Folgeführung bei Kraftfahrzeugen.
Hierbei folgt ein Kraft fahrzeug im Stau dem vorhergehenden Kraftfahrzeug
automatisch mit dem entsprechenden Abstand.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
ein Rückwärtsfahr-Steuerungssystem
der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere
den Gebrauchswert des damit ausgestatteten Kraftfahrzeugs erhöht.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
den Gegenstand des unabhängigen
Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in das Steuerungssystem
eine Rückfahr-Steuereinrichtung
zu integrieren, die an sich für ein
Fahrzeug mit einem elektronisch ansteuerbaren Antriebsstrang vorgesehen
ist, und diese mit einer zusätzlichen
Bedieneinrichtung zu koppeln, mit deren Hilfe ebenfalls Fahrerwünsche in
das Steuerungssystem eingebbar sind, wodurch insgesamt ein automatisierter
Fahrbetrieb für
das Kraftfahrzeug realisiert werden kann. Die vorliegende Erfindung greift
somit auf Komponenten eines Steuerungssystems zurück, das
zur Steuerung eines elektronisch ansteuerbaren Antriebsstrangs vorgesehen
ist, nicht jedoch zur Steuerung einer einzelnen elektronisch ansteuerbaren
Komponente eines Antriebsstrangs, der im Übrigen konventionelle Komponenten
mit hydraulischer und/oder mechanischer Kopplung aufweisen kann.
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Bei
einem elektronisch ansteuerbaren Antriebsstrang besteht zumindest
zwischen Bremsanlage, Antriebsaggregat und Lenkungsanlage keine
mechanische bzw. hydraulische Zwangskopplung zwischen den cockpitseitigen
Bedienelementen (zum Beispiel Lenkrad, Gaspedal, Bremspedal) und
der jeweiligen Antriebsstrang-Komponente. Der Fahrer kann über eine
Bedieneinrichtung, welche die Bedienelemente (zum Beispiel Lenkrad,
Gaspedal, Bremspedal) umfasst, Fahrerwünsche eingeben, die von der
Bedieneinrichtung in einen Bewegungsvektor umgewandelt werden. Dieser
Bewegungsvektor kann dann von der Steuereinrichtung in Steuersignale
umgewandelt werden, die über
ein Bussystem den einzelnen Komponenten des elektronisch ansteuerbaren
Antriebsstrangs zugeführt
werden. Ein derartiges Steuerungssystem ist beispielsweise aus der
DE 100 32 179 A1 grundsätzlich bekannt,
so dass diesbezüglich
auf diese Druckschrift verwiesen werden kann.
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Die
Adaption von Teilen eines Steuerungssystems, das für einen
elektronisch ansteuerbaren Antriebsstrang vorgesehen ist, in ein
gattungsgemäßes Steuerungssystem,
das einen Antriebsstrang mit einer oder mehreren, jeweils für sich elektronisch
ansteuerbaren Komponenten ausgestattet ist, erfolgt erfindungsgemäß mit Hilfe
einer Umschalteinheit, die in einem Normalbetrieb die Fahrerwunschsignale des
manuellen Bedienelements direkt an das Steuergerät weiterleitet und in einem
automatisierten Fahrbetrieb die Fahrerwunschsignale der zentralen
Steuereinrichtung an das Steuergerät weiterleitet. Durch die Erfindung
ist es somit möglich,
ohne größeren Eingriff
in die jeweilige Antriebsstrang-Komponente des Fahrzeugs einen automatisierten
Fahrbetrieb zu realisieren, was für verschiedene Anwendungsformen
vorteilhaft sein kann. Beispielsweise kann ein automatisierter Fahrbetrieb
für eine
Fernsteuerung des jeweiligen Fahrzeugs, zum Beispiel in einem automatisierten
Speditionshof durchgeführt
werden.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Umschalteinheit
im automatisierten Fahrbetrieb die Fahrerwunschsignale des manuellen
Betriebselements an die zentrale Steuereinrichtung weiterleiten,
wobei diese im automatisierten Fahrbetrieb anhand der eingehenden
Fahrerwunschsignale des manuellen Bedienelements das Vorliegen eines
zulässigen
manuellen Fahrereingriffs überwacht
und im Falle eines manuellen Fahrereingriffs die Fahrerwunschsignale
des manuellen Bedienelements anstelle der Fahrerwunschsignale des
Bewegungsvektors an die Umschalteinheit weiterleitet. Hierdurch
ist es dem Fahrzeugführer
nach wie vor möglich,
das Fahrzeug auch im automatisierten Fahrbetrieb zu kontrollieren.
Beispielsweise kann die zentrale Steuereinrichtung einen manuellen
Bremsbefehl, der stärker
ist als der aktuelle, automati siert erzeugte Bremsbefehl, berücksichtigen,
während zum
Beispiel ein manueller Beschleunigungsbefehl, der stärker ist
als der automatisiert erzeugte Beschleunigungsbefehl, ignoriert
werden kann.
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Damit
ist klar, dass bei einer Weiterbildung der Antriebsstrang auch mehrere
elektrisch ansteuerbare Komponenten aufweisen kann, denen jeweils ein
manuelles Bedienelement, ein Steuergerät und eine Umschalteinheit
zugeordnet ist, wobei die zentrale Steuereinrichtung dann all diesen
Antriebsstrang-Komponenten gemeinsam zugeordnet ist und die Bewegungsvektoren
für all
diese Antriebsstrang-Komponenten die jeweiligen Fahrerwunschsignale
umfassen. Dementsprechend ist es mit Hilfe der Erfindung möglich, ein
Fahrzeug, dessen Antriebsstrang voneinander unabhängige, separate X-by-Wire-Stysteme, wie zum
Beispiel Break-by-Wire, Steer-by-Wire, umfasst, wie einen elektronisch ansteuerbaren
Antriebsstrang zu betreiben, dessen Komponenten miteinander vernetzt
sind.
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Gemäß einer
speziellen Weiterbildung kann die Umschalteinheit in die zentrale
Steuereinrichtung hardwaremäßig integriert
oder softwaremäßig implementiert
sein. Der Umbau eines konventionellen Steuerungssystems in das erfindungsgemäße Steuerungssystem
wird dadurch zusätzlich
vereinfacht.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche
oder ähnliche
Bauteile beziehen.
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Dabei
zeigen, jeweils schematisch,
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1 und 2 stark vereinfachte Prinzipdarstellungen
eines erfindungsgemäßen Steuerungssystems
bei verschiedenen Ausführungsformen.
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Entsprechend
den 1 und 2 ist ein Antriebsstrang 1 eines
im Übrigen
nicht dargestellten Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Lastkraftwagens,
beispielsweise mit zwei elektronisch ansteuerbaren Komponenten,
nämlich
einer Bremsanlage 2 und einem Antriebsaggregat 3,
ausgestattet. Der Antriebsstrang 1 ist hier durch einen
mit unterbrochener Linie gezeichneten Rahmen symbolisiert und kann bei
anderen Ausführungsformen
nur eine einzige oder aber mehr als zwei solche elektronisch ansteuerbare
Komponenten, enthalten. Andere elektronisch ansteuerbare Antriebsstrang-Komponenten
sind beispielsweise eine Lenkungsanlage, ein Getriebe sowie eine
Niveauregulierungseinrichtung.
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Das
Fahrzeug umfasst außerdem
ein erfindungsgemäßes Steuerungssystem 4,
das für
jede elektronisch ansteuerbare Komponente 2, 3 ein
manuelles Bedienelement 5, 6 sowie ein Steuergerät 7, 8 aufweist.
An den manuellen Bedienelementen 5, 6 kann ein
Fahrzeugführer
durch manuelle Betätigung einen
Fahrerwunsch eingeben, der von der jeweiligen Antriebsstrang-Komponente 2, 3 umgesetzt
werden soll. Beispielsweise ent spricht das der Bremsanlage 2 zugeordnete
manuelle Bedienelement einem Bremspedal 5, das mit einer
entsprechenden Sensorik 9 ausgestattet ist. Hierdurch kann
das Bremspedal 5 eingangsseitige manuelle Fahrerwünsche mit
Hilfe der Sensorik 9 in ausgangsseitige elektronische Fahrerwunschsignale
FW umwandeln. Entsprechendes gilt dann auch für das als Gaspedal 6 ausgebildete manuelle
Bedienelement des Antriebsaggregats 3. Dieses Gaspedal 6 stellt
mit Hilfe einer entsprechenden Sensorik 10 den vom Fahrer
eingegebenen Fahrerwunsch ausgangsseitig als Fahrerwunschsignal FW
bereit.
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Die
Steuergeräte 7, 8 sind
nun so ausgestaltet, dass sie eingehende Fahrerwunschsignale FW ihrerseits
wieder in Steuersignale umwandeln und diese entsprechenden, hier
nicht gezeigten Aktoren der jeweiligen Antriebsstrang-Komponente 2, 3 zuleiten,
welche die Steuersignale abarbeiten und dadurch den ursprünglichen
Fahrerwunsch an der jeweiligen Antriebsstrang-Komponente 2, 3 umsetzen.
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Das
erfindungsgemäße Steuerungssystem 4 ist
nun außerdem
mit einer zentralen Bedieneinrichtung 11 sowie mit einer
zentralen Steuereinrichtung 12 ausgestattet, wobei zusätzlich für jede elektronisch
ansteuerbare Antriebsstrang-Komponente 2, 3 eine
Umschalteinheit 13 bzw. 14 vorgesehen ist. Die zentrale
Bedieneinrichtung 11 ist so ausgestaltet, dass sie bei
einem automatisierten Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs ausgangsseitig
Bewegungsvektoren BV generiert. Diese Bewegungsvektoren BV enthalten
für die
einzelnen Antriebsstrang-Komponenten 2, 3 jeweils
Fahrerwünsche
in einer geeigneten, in der Regel standardisierten Form.
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Bei
der zentralen Bedieneinrichtung 11 kann es sich beispielsweise
um eine zusätzliche
fahrzeugfeste Einheit zur Fahrerwunscheingabe handeln. Zum Beispiel
enthält
das Fahrzeug eine zusätzliche Pedalerie
für einen
Fahrlehrer.
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Ebenso
kann das Fahrzeug mit einer Spurfolgeeinrichtung ausgestattet sein,
die es dem Fahrzeug ermöglicht,
einer Fahrbahnmarkierung zu folgen. Eine solche Spurfolgeeinrichtung
kann mit wenigstens einer Kamera die Fahrbahnmarkierung erfassen
und Bewegungsvektoren BV generieren, die dazu führen, dass das Fahrzeug der
Fahrbahnmarkierung folgt, wenn die Bewegungsvektoren BV im Antriebsstrang 1 abgearbeitet
werden. Zweckmäßig umfasst
der Antriebsstrang 1 dann eine elektronisch ansteuerbare
Lenkungsanlage.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann die zentrale Bedieneinrichtung 11 auch eine fahrzeugferne
Einheit zur Fahrerwunscheingabe sein, wie zum Beispiel eine Fernsteuereinrichtung,
mit deren Hilfe außerhalb
des jeweiligen Fahrzeugs Fahrerwünsche
zu einem Bewegungsvektor BV zusammengesetzt werden können. Bei
einer solchen Ausführungsform
ist dann eine entsprechende Sender-Empfänger-Anordnung vorgesehen, über welche
die fahrzeugfeste zentrale Steuereinrichtung 12 mit der
fahrzeugfernen Fernsteuereinrichtung 11 kommuniziert.
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Die
zentrale Bedieneinrichtung 11 kann zusätzlich oder alternativ auch
durch eine Rückfahrhilfeeinrichtung
gebildet sein, die beim Rückwärtsfahren
des Fahrzeugs die Bewegungsvektoren BV oder die Fahrerwunschsignale
FW so modifiziert, dass sich für
den Fahrzeugführer
eine erhebliche Vereinfachung für
das Rückwärtsfahren
ergibt. Dies ist insbesondere bei Fahrzeugen von Vorteil, die in
der Regel als Gespanne betrieben werden, wie zum Beispiel ein Sattelschlepper
mit Auflieger oder ein zweigliedriges Gespann aus Zugmaschine und
Anhänger.
Bei Gespannen gestaltet sich das Rückwärtsfahren aufgrund der gegebenen
kinematischen Kopplung äußerst schwierig,
was mit Hilfe einer solchen Rückfahrhilfeeinrichtung 11 deutlich
vereinfacht werden kann.
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Zusätzlich oder
alternativ kann die zentrale Bedieneinrichtung 11 auch
eine Bahnberechnungseinrichtung umfassen, die beispielsweise aus
Istwerten und Sollwerten für
eine Lage und Position des Fahrzeugs eine Abfolge von Bewegungsvektoren
BV berechnet, die das Fahrzeug in die Solllage und in die Sollposition überführen, wenn
sie abgearbeitet werden. Eine solche Bahnberechnungseinrichtung
arbeitet mit einer Lage- und Positionsbestimmungseinrichtung zusammen,
die es ermöglicht,
die Istlage und die Istposition des Fahrzeugs zu ermitteln.
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Beispielsweise
kann eine solche Lage- und Positionsbestimmungseinrichtung eine
Kamera umfassen, welche die unmittelbare Umgebung des Fahrzeugs
erfasst und mit gespeicherten Bildern vergleicht und dadurch eine
bekannte Umgebung erkennen kann, um so die aktuelle Lage und Position
des Fahrzeugs zu ermitteln. Ebenso kann eine Lage- und Positionsbestimmungseinrichtung
einen Satellitennavigationsempfänger
sowie einen auslesbaren Kompass umfassen. Ein derartiges System
ist beispielsweise in der
DE
100 31 244 A1 näher
erläutert, deren
Inhalt hiermit durch ausdrückliche
Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung
eingefügt
wird.
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Die
von der grundsätzlich
beliebig ausgestalteten zentralen Bedieneinrichtung 11 generierten
Bewegungsvektoren BV werden über
eine entsprechende Datenleitung 15, die insbesondere ein
Bus oder ein Bussystem sein kann, an die zentrale Steuereinrichtung 12 übermittelt.
Die zentrale Steuereinrichtung 12 kann nun aus den eingehenden
Bewegungsvektoren BV die für
die einzelnen Antriebsstrang-Komponenten 2, 3 des
Antriebsstrangs 1 im jeweiligen Bewegungsvektor BV enthaltenen
Informationen, also die Fahrerwünsche,
herauslesen und daraus für
die jewei lige Antriebsstrang-Komponente 2, 3 lesbare
Fahrerwunschsignale FW generieren. Beispielsweise handelt es sich
bei den Bewegungsvektoren BV um ein standardisiertes Busprotokoll, während die
Fahrerwunschsignale durch pulsweitenmodulierte Signale gebildet
sind.
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Die
Umschalteinheiten 13, 14 sind jeweils in die Wirkverbindung
zwischen manuellem Bedienelement 5 bzw. 6 und
zugehörigem
Steuergerät 7 bzw. 8 in
den Übertragungspfad
der Fahrerwunschsignale FW zwischengeschaltet. Das heißt, das
jeweilige manuelle Bedienelement 5, 6 ist somit
nicht direkt, sondern indirekt über
die jeweilige Umschalteinheit 13, 14 mit dem zugehörigen Steuergerät 7, 8 verbunden. Des
Weiteren ist jede Umschalteinheit 13, 14 mit der zentralen
Steuereinrichtung 12 gekoppelt, wodurch eine Übertragung
der Fahrerwunschsignale FW zwischen der zentralen Steuereinrichtung 12 und
den Umschalteinheiten 13, 14 möglich ist. Außerdem sind die
Umschalteinheiten 13, 14 jeweils zwischen einem normalen
Fahrbetrieb und einem automatisierten Fahrbetrieb umschaltbar.
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Im
normalen Fahrbetrieb kann der Fahrzeugführer die manuellen Bedienelemente 5, 6 in
der üblichen
Weise betätigen,
um seine Fahrerwünsche
in das Steuerungssystem 4 einzugeben. Im normalen Fahrbetrieb
leiten die Umschalteinheiten 13, 14 die vom zugehörigen manuellen
Bedienelement 5 bzw. 6 eingehenden Fahrerwunschsignale
FW direkt an das zugehörige
Steuergerät 7 bzw. 8 weiter.
In diesem normalen Fahrbetrieb kann die zentrale Steuereinrichtung 12 deaktiviert
sein.
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Bei
aktivierter zentraler Steuereinrichtung 12 kann nun ein
automatisierter Fahrbetrieb für
das jeweilige Fahrzeug realisiert werden. In diesem automatisierten
Fahrbetrieb leiten die Umschalteinheiten 13, 14 nicht
mehr die von den manuellen Bedienelementen 5, 6 sondern
die von der zentralen Steuerein richtung 12 generierten
Fahrerwunschsignale FW an die jeweiligen Steuergeräte 7, 8 weiter.
Das bedeutet, dass der Antriebsstrang 1 bzw. dessen elektronisch ansteuerbaren
Komponenten 2, 3 nicht mehr in Abhängigkeit
der zugehörigen
manuellen Bedienelemente 5, 6 sondern statt dessen
in Abhängigkeit
der zentralen Bedieneinrichtung 11 betätigt werden. Bei der hier gezeigten
Ausführungsformen
ist es somit zum Beispiel möglich,
mit Hilfe einer als Fernbedieneinrichtung ausgestalteten zentralen
Bedieneinrichtung 11 das Antriebsaggregat 3 und
die Bremsanlage 2 fernzusteuern.
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Zur
Erhöhung
der Betriebssicherheit sind die Umschalteinheiten 13, 14 zweckmäßig so ausgestaltet,
dass sie bei Ausfall der zentralen Steuereinrichtung 12,
also bei fehlender oder deaktivierter oder stromloser zentraler
Steuereinrichtung 12, selbsttätig den manuellen Fahrbetrieb
ermöglichen.
Das bedeutet, die Umschalteinheiten 13, 14 besitzen
eine Rückfallposition,
welche die eingehenden Fahrerwunschsignale FW einfach zum zugehörigen Steuergerät 7, 8 durchleitet.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung können die Umschalteinheiten 13, 14 so
gestaltet werden, dass sie im automatisierten Fahrbetrieb Fahrerwunschsignale
FW, die von den manuellen Bedienelementen 5, 6 generiert
werden, an die zentrale Steuereinrichtung 12 weiterleiten.
Die zentrale Steuereinrichtung 12 kann im automatisierten
Fahrbetrieb die eingehenden Fahrerwunschsignale FW der Bedienelemente 5, 6 analysieren.
Jedoch ist es insbesondere möglich,
das Vorliegen eines zulässigen
manuellen Fahrereingriffs zu überwachen.
Dem Fahrzeugführer wird
es dadurch ermöglicht,
auch beim automatisierten Fahrbetrieb das Fahrzeug willkürlich zum
Stillstand zu bringen, wenn sein Bremswunsch als zulässiger manueller
Fahreingriff erkannt wird. Die zentrale Steuereinrichtung 12 leitet
dann das vom jeweiligen manuellen Bedienelement 5 bzw. 12 ge nerierte Fahrerwunschsignal
FW über
die zugehörige
Umschalteinheit 13, 14 zur jeweiligen Steuereinrichtung 7, 8 weiter.
Ebenso kann die zentrale Bedieneinrichtung 12 Fahrerwunschsignale
FW, die vom Gaspedal 6 erzeugt werden, in Abhängigkeit
vorbestimmter Randbedingungen als zulässig erkennen und entsprechend
an das zugehörige
Steuergerät 8 weiterleiten
oder als unzulässig
verwerfen und in der Folge ignorieren.
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Des
Weiteren ist es möglich,
die zentrale Steuereinrichtung 12 so auszugestalten, dass
sie im normalen Fahrbetrieb Bedienfehler des Fahrzeugführers erkennen
kann. Zu diesem Zweck sind die Umschalteinheiten 13, 14 so
ausgebildet, dass sie im normalen Fahrbetrieb die Fahrerwunschsignale
FW der manuellen Bedienelemente 5, 6 zusätzlich auch an
die zentrale Bedieneinrichtung 12 übertragen.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß 1 sind die Umschalteinheiten 13, 14 als
separate Bauteile ausgebildet. Im Unterschied dazu sind die Umschalteinheiten 13, 14 bei
der Ausführungsform
gemäß 2 hardwaremäßig in die
zentrale Steuereinrichtung 12 integriert bzw. softwaremäßig in die
zentrale Steuereinrichtung 12 implementiert.