DE19600138C2 - Bedienelementanordnung zur Steuerung der Längsbewegung eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Bedienelementanordnung zur Steuerung der Längsbewegung eines Kraftfahrzeuges

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bedienelementanordnung zur Steuerung der Längsbewegung eines Kraftfahrzeuges nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1. Bei derartigen Anordnungen dient das eine benutzerbetätigbare Bedienelement, vorzugsweise ein hand­ bedienbarer Steuerknüppel, sowohl zum positiven Beschleunigen als auch zum Verzögern des Fahrzeugs, wobei die herkömmliche Gas- und Bremspedalerie entfällt.
Eine Bedienelementanordnung der eingangs genannten Art wird in H. Bubb, "Arbeitsplatz Fahrer - Eine ergonomische Studie", Auto­ mobil-Industrie 3/95, Seite 265 beschrieben. Bei der dort be­ schriebenen Anordnung kann zum einen die Querdynamik durch Ver­ drehen zweier mechanisch miteinander verbundener, tellerartiger Handgriffe des Bedienelementes und zum anderen die Längsdynamik durch Verschieben des in einer Mittelkonsole über einen Bügel beweglich geführten Bedienelementes gesteuert werden. Ein Vor­ schieben des Bedienelementes bedeutet ein Erhöhen der Fahrzeug­ längsgeschwindigkeit, wobei durch die Größe der nach vorn ge­ richteten Bedienkraft die einzusteuernde Beschleunigung bestimmt wird. Analog ist die Verzögerung mittels eines Bremsvorgangs durch die Bedienkraft bestimmt, mit der das Bedienelement nach hinten gezogen wird. Die jeweilige Fahrzeuggeschwindigkeit wird gemessen, und das Bedienelement wird mittels eines geeigneten Servoantriebes in eine geschwindigkeitsproportionale Stellung verschoben.
Aus der Offenlegungsschrift DE 44 04 594 A1 ist ein Steuerknüp­ pel zum Beschleunigen und/oder Abbremsen sowie zum Lenken eines Kraftfahrzeugs bekannt. Der Steuerknüppel ist zur Steuerung des Fahrzeugs um zwei Freiheitsgrade verstellbar. Dabei kann vorge­ sehen sein, daß die Reibungs- oder Rückstellkräfte des Steuer­ knüppels mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit zunehmen.
Aus der Patentschrift US 3.022.850 ist eine Bedienelementanord­ nung bekannt, die einen Steuerknüppel zur Steuerung sowohl der Quer- als auch der Längsdynamik eines Kraftfahrzeuges beinhal­ tet. Durch ein Nachvorneschwenken des drehbeweglich gelagerten Steuerknüppels aus dessen im wesentlichen vertikaler, unveränder­ lich bleibender Ruhelage wird eine Längsbeschleunigung des Fahr­ zeugs und entsprechend durch ein Nachhintenziehen des Steuer­ knüppels ein Verzögern des Fahrzeugs angefordert.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Bedienelementanordnung der eingangs genannten Art zugrun­ de, die dem Fahrzeugführer eine vergleichsweise komfortable Steuerung der Fahrzeuglängsbewegung ermöglicht.
Dieses Problem wird durch eine Bedienelementanordnung zur Steue­ rung der Längsbewegung eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 3 gelöst. Bei diesen Anordnungen bestimmt die auf das benutzerbetätigbare Bedienelement ausgeübte Betäti­ gungskraft die jeweils angeforderte Änderung der Fahrzeuglängs­ bewegung, z. B. der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit oder der Fahr­ zeuglängsbeschleunigung, der das Fahrzeug durch einen entspre­ chenden Beschleunigungs- oder Bremsvorgang nachkommt.
Bei der Anordnung von Anspruch 1 verschiebt sich die Ruhelage des Bedienelementes in Abhängigkeit von der Fahrzeuglängsbewe­ gung, vorzugsweise parallel zur ausgeübten Bedienelementbetäti­ gungskraft, insbesondere parallel zur Fahrzeuglängsrichtung. Durch diese Eigenschaft erhält der Fahrzeugführer aus der jewei­ ligen Ruhelagestellung des Bedienelementes eine Längsbewegungs­ rückmeldung, d. h., er erhält über die Verschiebung der Be­ dienelementruhelage eine spürbare und/oder sichtbare Information über die Soll- und/oder Istgeschwindigkeit oder -beschleunigung des Fahrzeugs. Das Bedienelement läßt sich durch die jeweils ausgeübte Betätigungskraft auslenken, wobei der erreichten Aus­ lenkungsstellung jeweils eine bestimmte, gewünschte Sollge­ schwindigkeit zugeordnet ist. Die Anordnung übt dabei auf das Bedienelement eine der ausgeübten Betätigungskraft entgegenwir­ kende Reaktionskraft aus, die sich mit fallender Differenz zwi­ schen Soll- und Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs auf null redu­ ziert. Damit erhält der Benutzer eine Kraftrückmeldung über die jeweils momentane Abweichung der Istgeschwindigkeit von der ge­ wünschten Sollgeschwindigkeit und damit über die einzustellende Beschleunigung bzw. Verzögerung des Fahrzeugs, d. h. der Fahr­ zeugführer betätigt das Bedienelement um so stärker, je mehr die von ihm gewünschte neue Geschwindigkeit von der bisherigen Ge­ schwindigkeit abweicht. Sobald die Istgeschwindigkeit die ge­ wünschte Sollgeschwindigkeit erreicht hat, geht die Reaktions­ kraft auf das Bedienelement vorzugsweise auf null zurück, und die neue kräftefreie Ruhelage des Bedienelementes repräsentiert die erreichte, gewünschte Fahrzeuglängsgeschwindigkeit. Alterna­ tiv kann dem Zustand verschwindender Geschwindigkeits-Regel­ differenz für eine noch intuitivere Rückmeldung eine bleibende Reaktionskraft größer null zugeordnet sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 erfolgt ei­ ne Nachführung der Ruhelage des Bedienelementes abhängig von der jeweiligen Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Solange der Fahr­ zeugführer das Bedienelement betätigt, erfaßt er somit die Ruhe­ lageverschiebung des Bedienelementes und spürt z. B. über seine das Bedienelement umgreifende Hand, wie sich die Istgeschwindig­ keit durch Beschleunigung bzw. Verzögerung des Fahrzeugs der ge­ wünschten Sollgeschwindigkeit annähert.
Die Anordnung gemäß Anspruch 3 realisiert eine solche mit isome­ trischem Bedienelement, d. h. bei dieser Anordnung dient die Grö­ ße der Betätigungskraft direkt als Maß zur Änderung der Fahr­ zeuglängsbewegung, wobei sich das Bedienelement relativ zur Fahrzeugkarosserie durch die ausgeübte Betätigungskraft nicht bewegt, sondern in einer fixierten Lage festgehalten bleibt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Seitenansicht einer Bedienelementanordnung zur Steuerung der Längsbewegung eines Au­ tomobils.
Die gezeigte Bedienelementanordnung (1) beinhaltet als benutzer­ betätigbares Bedienelement einen Schlitten (4) mit einem handbe­ tätigbaren Steuerknüppel (2), der über ein Gelenk (3) schwenkbe­ weglich an dem Schlitten (4) gehalten ist. Der Schlitten (4) ist parallel zur Fahrzeuglängsrichtung verschiebbar an einer Schiene (5) geführt, die in nicht näher gezeigter Weise an einer Mittel­ konsole des Automobils angeordnet ist und eine Strichskalierung (5a) aufweist, anhand derer die Stellung des Bedienelement­ schlittens (4) auf der Schiene (5) ablesbar ist.
Auf dem Schlitten (4) befindet sich eine Bedienelementsteuer­ einheit (6), die einen Kraftsensor beinhaltet, der über ein mit dem Steuerknüppel (2) verbundenes Abtastglied (7) die auf den Steuerknüppel (2) ausgeübte Betätigungskraft (F) erfaßt. Derar­ tige Kraftsensoren sind an sich bekannt und bedürfen daher hier keiner näheren Erläuterung. Das Abtastglied (7) kann dabei als im wesentlichen starres Element oder auch als elastisch nachgie­ biges Element ausgelegt sein. Aus der erfaßten Betätigungskraft (F) ermittelt die Steuereinheit (6) anhand einer geeignet abge­ legten Kennlinie einen zugehörigen Sollbeschleunigungswert (asoll), wobei positive Beschleunigungswerte einer eigentlichen Fahrzeugbeschleunigung und negative Beschleunigungswerte einer Fahrzeugverzögerung, d. h. einem Bremsvorgang, entsprechen. Im Einklang mit der intuitiven Fahrerassoziation ist die Bedienele­ mentanordnung (1) so ausgelegt, daß beim Drücken des Steuerknüp­ pels (2) nach vorn eine positive Fahrzeugbeschleunigung und beim Ziehen des Steuerknüppels (2) nach hinten eine Fahrzeugverzöge­ rung angefordert werden. Über einen zugehörigen Signalausgang gibt die Steuereinheit (6) die gewonnene Information über die einzustellende Sollbeschleunigung (asoll) an ein nicht gezeigtes, zentrales Fahrzeugsteuergerät weiter, welches das Antriebssystem bzw. das Bremssystem des Automobils in entsprechender Weise an­ steuert.
Der Bedienelementsteuereinheit (6) ist über einen zugehörigen Signaleingang die Information über die jeweilige Istgeschwindig­ keit (vist) des Automobils zuführbar. Die Istgeschwindigkeits­ information wird dabei in üblicher Weise fahrzeugseitig gewon­ nen, z. B. über eine zugehörige Raddrehzahlsensorik. Die Steuer­ einheit (6) benutzt diese Istgeschwindigkeitsinformation dazu, den Bedienelementschlitten (4) und damit die kräftefreie Ruhela­ ge des Steuerknüppels (2) parallel zur x-Richtung, d. h. zur Fahrzeuglängsrichtung, auf der Führungsschiene (5) geschwindig­ keitsabhängig zu verschieben. Für die Charakteristik dieser fahrzeuggeschwindigkeitsabhängigen Schlittenverschiebung sind mehrere Varianten möglich.
Eine erste Realisierungsmöglichkeit besteht darin, den Schlitten (4) in direkter funktioneller Abhängigkeit von der Istgeschwin­ digkeit (vist) nachzuführen, so daß einem jeweiligen Istgeschwin­ digkeitswert jeweils eine bestimmte Stellung des Schlittens (4) und damit auch des Steuerknüppels (2) in x-Richtung längs der Schiene (5) entspricht. Es versteht sich, daß zu diesem Zweck die Bedienelementanordnung (1) eine von der Steuereinheit (6) ansteuerbare Antriebs- und Feststelleinheit beinhaltet, mit wel­ cher der Schlitten (4) gesteuert von der Steuereinheit (6) längs der Schiene (5) verschoben und an dieser festgeklemmt gehalten werden kann, ohne daß sich der Schlitten (4) allein durch die Einwirkung der Betätigungskraft (F) auf den Steuerknüppel (2) entlang der Schiene (5) verschiebt. Zweckmäßig ist eine Bewegung des Schlittens (4) und damit des Steuerknüppels (2) in Fahrzeug­ längsrichtung nach vorn, d. h. in der Figur nach rechts, eine Ge­ schwindigkeitserhöhung und eine Verschiebung des Schlittens (4) in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten, d. h. in der Figur nach links, einer Geschwindigkeitsreduktion.
Eine weitere Realisierungsmöglichkeit besteht darin, daß die Steuereinheit (6) bei Einwirken einer Betätigungskraft (F) auf den Steuerknüppel (2) eine dann von dieser Betätigungskraft (F) bewirkte Verschiebung des Schlittens (4) längs der Schiene (5) zuläßt und gleichzeitig durch passende Ansteuerung eines zu die­ sem Zweck zwischen Schlitten (4) und Schiene (5) vorgesehenen, nicht gezeigten Reaktionskraftmechanismus eine von der Differenz zwischen gewünschter Sollgeschwindigkeit und Istgeschwindigkeit (vist) abhängige Reaktionskraft auf den Schlitten (4) einsteuert, die der Betätigungskraft (F) entgegenwirkt. Die Stärke der Reak­ tionskraft gibt dem Benutzer eine spürbare Rückmeldung darüber, wie weit die Istgeschwindigkeit (vist) jeweils noch von der Soll­ geschwindigkeit abweicht. Mit zunehmender Annäherung der Istge­ schwindigkeit (vist) an die Sollgeschwindigkeit des Fahrzeugs re­ duziert die Steuereinheit (6) diese Reaktionskraft, bis letztere auf null zurückgeht, wenn das Fahrzeug die gewünschte Sollge­ schwindigkeit erreicht hat. Anschließend kann der Fahrzeugführer den Steuerknüppel (2) loslassen, und der Schlitten (4) samt Steuerknüppel (2) verbleibt daraufhin in der neuen Stellung auf der Schiene (5), die somit der neuen, kräftefreien Ruhelagestel­ lung des Bedienelementes (2, 4) entspricht, welche die gewünsch­ te neue Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentiert.
Die gezeigte Bedienelementanordnung gibt dem Fahrzeugführer in allen beschriebenen Auslegungsvarianten über die jeweilige Be­ dienelementstellung in Fahrzeuglängsrichtung eine spürbare und sichtbare Rückmeldung über die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit. Über seine den Steuerknüppel (2) umgreifende Hand spürt der Fah­ rer anhand der Längsverschiebungsbewegung des mit dem Schlitten (4) verbundenen Steuerknüppels (2) und ggf. zusätzlich über die Reaktionskraftrückwirkung auf den Steuerknüppel (2), wie das Fahrzeug auf die angeforderte Geschwindigkeitsänderung reagiert, d. h., wie sich die Istgeschwindigkeit der Sollgeschwindigkeit annähert. Dabei repräsentiert die kräftefreie Bedienelementruhe­ lage im beschleunigungsfreien Fahrzeugzustand jeweils die ge­ wünschte Fahrzeuggeschwindigkeit.

Claims (3)

1. Bedienelementanordnung zur Steuerung der Längsbewegung eines Kraftfahrzeuges, mit
  • - einem benutzerbetätigbaren Bedienelement (2, 4), das bei Be­ tätigung in eine erste Betätigungsrichtung eine Erhöhung und bei Betätigung in eine zweite, der ersten entgegengesetzte Betäti­ gungsrichtung eine Reduzierung der Fahrzeuglängsbewegung be­ wirkt, wobei
  • - die auf das Bedienelement ausgeübte Betätigungskraft (F) die zu bewirkende Längsbewegungsänderung bestimmt und
  • - sich die Ruhelage des Bedienelementes (2, 4) in Abhängigkeit von der Fahrzeuglängsbewegung verschiebt,
    dadurch gekennzeichnet, daß
  • - das Bedienelement (2, 4) durch die ausgeübte Betätigungskraft (F) entgegen der Wirkung einer auf das Bedienelement (2, 4) aus­ geübten Reaktionskraft in eine der gewünschten Sollgeschwindig­ keit des Fahrzeugs entsprechende Auslenkungsstellung betätigbar ist, wobei sich die Reaktionskraft in Abhängigkeit von der Dif­ ferenz zwischen Soll- und Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs mit geringer werdender Differenz verringert.
2. Bedienelementanordnung nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Ruhelage des Bedienelementes (2, 4) parallel zur Richtung der Betätigungskraft (F) in Abhängigkeit von der Istgeschwindig­ keit (vist) des Fahrzeugs verschoben wird.
3. Bedienelementanordnung zur Steuerung der Längsbewegung eines Kraftfahrzeuges, mit
  • - einem benutzerbetätigbaren Bedienelement, das bei Betätigung in eine erste Betätigungsrichtung eine Erhöhung und bei Betäti­ gung in eine zweite, der ersten entgegengesetzte Betätigungs­ richtung eine Reduzierung der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit be­ wirkt, wobei
  • - die auf das Bedienelement ausgeübte Betätigungskraft die zu bewirkende Längsbewegungsänderung bestimmt,
    dadurch gekennzeichnet, daß
  • - das Bedienelement so angeordnet ist, daß es sich durch die ausgeübte Betätigungskraft relativ zur Fahrzeugkarosserie nicht bewegt.
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