DE19608312A1

DE19608312A1 - Einrichtung für ermüdungsfreies Steuern von Triebwerken

Info

Publication number: DE19608312A1
Application number: DE1996108312
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-02-22
Filing date: 1996-02-22
Publication date: 1997-08-28

Description

Gebiet

Die Einrichtung für ermüdungsfreies Steuern von Triebwerken kann bei der Steuerung von Triebwerken, insbesondere auf Fahrzeugen, wenn sie von einem Menschen mittels Hand oder Fuß bzw. entsprechenden Manualen oder Pedalen gesteuert werden, Anwendung finden.

Stand der Technik

Die geforderte Leistung (Umdrehungen, Druck etc.) wird durch die Stellung des Steuerorgans (Fuß, Hand etc.) angegeben. Da jede Änderung dieser Stellung eine Änderung der Leistung des Triebwerkes verursacht, ist der Fahrer gezwungen, diese Stellung krampfhaft zu halten, was für ihn sehr ermüdend ist.

Bekannt sind Einrichtungen, die - sollte die geforderte Leistung für lange Zeit unverändert bleiben - den Fahrer von der Aufgabe, die Stellung des Steuerorgans zu halten, befreien.

Bei der Einrichtung nach DE 26 50 975 muß der Fahrer einen Schalter betätigen, damit das Steuerorgan in der aktuellen Stellung blockiert bzw. deblockiert wird. Der Nachteil von Einrichtungen solcher Art besteht darin, daß die Umstellung von "aktiv Steuern" zu "Festgelegt" einige gezielte Handlungen erfordert, die eine zusätzliche Belastung für den Fahrer bedeuten. Infolgedessen lohnt sich die Anwendung der Einrichtung nur bei längeren Zeitabschnitten, wie z. B. bei langen, verkehrsarmen Autobahnfahrten.

Bekannt sind auch Einrichtungen, bei denen das Steuerorgan eine ungewöhnliche Drehbewegung ausführen muß (DE 26 39 937), damit es dabei gleichzeitig gestützt werden kann. Der Nachteil solcher Lösungen ist, daß der Fahrer weiter gezwungen ist, die erreichte Stellung krampfhaft zu halten, d. h. eine Verbesserung liegt vor, die Aufgabe ist aber noch nicht gelöst.

Bekannt sind auch Einrichtungen (DE 31 26 024), bei denen die Ruhestellung des Steuerorgans durch eine ungewöhnliche Verklemmung desselben erfolgt. Der Nachteil solcher Lösungen besteht darin, daß der Übergang von Ruhe- in Aktivstellung sehr aufwendig und langsam erfolgt, was in bestimmten Situationen gefährlich sein könnte.

Einrichtungen wie TEMPOMAT, die die eingestellte Leistung (Geschwindigkeit) selbsttätig aufrechterhalten verlangen für den Wechsel zwischen "aktiv Steuern" und "Automatik" gezielte Handlungen (z. B. bewußte Fuß- oder Handbewegungen), die den Fahrer zusätzlich belasten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß für die meisten Anwender die Funktion "Geschwindigkeit konstant halten" nicht notwendig ist, d. h. nur für "Ermüdungsfreies Steuern" wäre der Aufwand viel zu groß.

Ein weiterer prinzipieller Nachteil der bekannten Einrichtungen ist, daß, um das automatische festhalten der Leistungsabgabe zu aktivieren, das Steuerorgan seine Lage verlassen bzw. ändern muß, weswegen dir Rückkehr zum "aktiven Steuern" viel Zeit erfordert, was in Gefahrensituation (z. B. Bremsvorgang erforderlich, der Fuß findet nicht gleich das Bremspedal) ein großes Risiko birgt.

Aufgabenstellung

Es ist also notwendig, eine Einrichtung zu erfinden, bei der:

- die natürlich gelockerte Lage des Steuerorgans (Hand, Fuß) der zuletzt eingestellten Lage der Steuereinrichtung (Pedal, Manual) entspricht, wobei der Steuerorgan auf seinem üblichen Platz - in Bereitschaft neben den anderen Steuereinrichtungen, verbleibt, die Lage der Steuereinrichtung aber bleibt unverändert.
- nur das natürliche Spannen der Muskeln des Steuerorgans sofort die Steuereinrichtung in aktiven Lage versetzt d. h. die Steuerung wird sofort übernommen.

Lösung

Fußbetätigung (Pedal):
Der Fahrer sitzt, bei der Lockerung der Muskeln fällt das Bein zur Seite, diese Bewegung blockiert die Steuereinrichtung, der Fuß ruht auf dem Pedal, die zuletzt eingestellte Lage wird beibehalten. Ist eine Steuerung notwendig, richtet sie das Bein auf, d. h. kommt aus der Seitenlage, wodurch die Steuereinrichtung wieder frei gemacht wird und die Steuerung sofort übernommen werden kann.

Handbetätigung (Manual):
Bei der Lockerung der Armmuskeln fällt der Arm auf die Ellbogenstütze, die Steuereinrichtung wird blockiert, die zuletzt eingestellte Lage wird beibehalten. Ist eine Steuerung notwendig, richtet sich der Arm, die Steuereinrichtung wird frei und die Steuerung kann sofort übernommen werden.

Sicherheitsaspekt:
Um die Gefahr einer Blockierung der Steuerung infolge von Fehlern in der Einrichtung für ermüdungsfreies Steuern auszuschließen, ist bei der Einrichtung eine Sollbruchstelle vorgesehen, die durch kräftigen Druck - die typische Reaktion bei Versagen der Technik - zu Bruch geht und die Steuerung mit Sicherheit frei gibt.

Anwendung

Die erfindungsgemäße Einrichtung für ermüdungsfreies Steuern kann vor allem in Fahrzeugen (PKW, LKW, Omnibusse etc.) sowie bei Steuern von Baumaschinen, Krans und Industrieanlagen angewendet werden.

Vorteile

Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht ermüdungsfreies Steuern von Triebwerken, weil das Steuerorgan auf der blockierten Steuereinrichtung vollkommen entspannt ruht. Da der Wechsel seitens des Fahrers natürlich, d. h. durch das ohnehin notwendige An- bzw. Abspannen der Muskeln erfolgt, ist die Einrichtung besonders beim ständigen Wechsel zwischen Ruhen und Steuern (z. B. Landstraße, Stadtverkehr bei Führung von Fahrzeugen) sehr effektiv. Unter denselben Bedingungen schaffen die bekannten Einrichtungen wegen ihrer Umständlichkeit keine Abhilfe.

In bezug auf die Sicherheit ist es besonders vorteilhaft, daß sich das Steuerorgan auch in der Ruhestellung in Bereitschaft neben den anderen Steuereinrichtungen (z. B. Bremspedal) befindet, weswegen die Reaktion des Fahrers sofort erfolgen kann.

Die Einrichtung ist sehr einfach im Aufbau, d. h. die Anwendung bei neuen Entwicklungen bzw. die Anschaffung und der Einbau in vorhandenen Konstruktionen verursacht geringe Kosten.

Realisierung

Bild 1 zeigt eine Draufsicht mit Fahrer (1), der sich in Ruhestellung befindet, wobei sein Bein (2) in der lockeren Lage (3) ruht und der Fuß (4) sich auf das Pedal (5) stützt. Die Steuerung kann sofort übernommen werden, indem sich das Bein in die Lage (6) aufrichtet und der Fuß das Pedal betätigt.

Bild 2 zeigt eine rein mechanische Ausführung - das Pedal (5) ist mit einer Stange (7) verbunden, die - solange gesteuert wird - seinen Bewegungen folgt, ohne sie zu behindern. Kommt das Bein des Fahrers in die Ruhestellung, drückt es dabei auf den Hebel (8), der seinerseits die Stange (7) auf das unbewegliche Gegenstück (9) drückt. Infolgedessen ist wegen der Reibung eine Verstellung der Stange (7) bzw. des Pedals (5) nicht mehr möglich und der Fuß kann sich auf dem Pedal (5) stützen, ohne dessen Lage zu verändern.

Bild 3 zeigt eine gemischte - elektronische und mechanische - erfindungsgemäße Ausführung.

Die seitliche Ruhelage des Steuerbeines wird mit Hilfe eines Gebers (7) festgestellt, der vollständig oder teilweise in dem Sitz (8) eingebaut ist. Der Geber reagiert auf Druck oder Kapazität des Beines bzw. auf der Unterbrechung einer Luftstrecke (Infrarot, Ultraschall) oder auf die Annäherung des Beines (Ultraschall, Infrarot). Die Information - Ruhelage des Steuerbeines - wird in dem Geber 7 in elektrisches Signal umgewandelt und dem Blockierer 9 zugeführt, der den Bowdyzug der Drosselklappe elektromechanisch (z. B. über einen Elektromagneten) blockiert.

Sowohl bei der mechanischen als auch bei der gemischten Ausführung kann die seitliche Bewegung des Steuerbeines

- analog, d. h. die Stärke der Blockierung ist der Abweichung proportional, dank dessen der Fahrer kleine Änderungen auch aus einer Zwischenlage realisieren kann oder
- digital, d. h. überschreitet die seitliche Abweichung des Steuerbeines eine Grenze, wird die Steuerung vollständig blockiert; kehrt das Steuerbein zurück über dieselbe Grenze (nur durch die übliche Hysteresis versetzt), wird die Steuerung vollständig frei gegeben.

ausgewertet werden. Zu diesem Zweck wird der Blockierer entweder als Verstärker (analoge Auswertung) oder Trigger (digitale Auswertung) gestaltet.

Der Blockierer kann die Steuerung entweder in beide Richtungen blockieren (feste Stange 7) oder nur in Richtung "Steuerorgan stützen" (z. B. durch einen gespannten Draht). Im zweiten Fall wäre eine Änderung in Richtung "Leistung reduzieren" frei möglich.

Die Blockierung der Steuerung soll aus Sicherheitsgründen eine Sollbruchstelle aufweisen, damit bei einem Mangel in der Einrichtung eine sofortige Freigabe durch Stoßdruck des Steuerbeines erfolgen kann.

Claims

1. Einrichtung für ermüdungsfreies Steuern von Parametern einer Maschine (Umdrehungen, Druck Leistung etc.) seitens eines Fahrers mit den Merkmalen

- die Lage des Steuerorganes (Fuß, Hand etc.) bestimmt über eine Steuereinrichtung (Pedal, Manual etc.) die Parameter der Maschine
- die Steuereinrichtung könnte als Stütze des Steuerorganes dienen, damit er eine ermüdungsfreien Lage annehmen kann

gekennzeichnet damit, daß:
wenn die Parameter der Maschine konstant bleiben sollen:

- die natürliche d. h. durch die Entspannung der Muskeln hervorgerufene Bewegung des Steuerorgans (seitliche beim Bein, vertikale beim Arm), von einem Geber erfaßt wird;
- die Energie oder das Signal von diesem Geber einem Blockierer zugeführt wird, der die Steuereinrichtung derart blockiert, daß das Steuerorgan sich auf ihr entspannt, ohne dabei seine Lage zu verändern, stützen kann;

wenn die Parameter der Maschine verändert werden sollen:

- die natürliche d. h. durch die Anspannung der Muskeln hervorgerufene, Bewegung des Steuerorgans in umgekehrter Richtung zur Freigabe der Steuereinrichtung führt.

2. Einrichtung für ermüdungsfreies Steuern nach Hauptanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Grad der Blockierung eine Funktion der Ent- bzw. Anspannungsbewegung des Steuerorgans darstellt, die entweder

- analog d. h. eine Steuerung ist auch aus einer Mittellage, wenn sie auch erschwert ist, möglich oder
- binär d. h. die Steuerung ist vollständig blockiert bei Überschreitung einer Schwelle bzw. vollständig freigegeben bei Unterschreitung einer anderen Schwelle, wobei die beiden Schwellen einer Hysteresiskurve entsprechen.

3. Einrichtung für ermüdungsfreies Steuern nach Hauptanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Blockierung der Steuereinrichtung entweder

- in beiden Richtungen d. h. weder eine Vergrößerung noch eine Verkleinerung des Parameters zuläßt oder
- nur in eine Richtung d. h. eine Änderung in die andere Richtung bleibt möglich erfolgt.

4. Einrichtung für ermüdungsfreies Steuern nach Hauptanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Gewicht des Steuerorgans über ein Hebelsystem allein d. h. ohne zusätzliche Energiequelle, zum Blockieren der Steuereinrichtung verwendet wird.

5. Einrichtung für ermüdungsfreies Steuern nach Hauptanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Steuerorgans, die der Übergang von Ruhestellung zur Aktivstellung ankündigt, von einem Geber für Lage (Infrarot, Ultraschall, induktiv, kapazitiv) oder für Druck registriert in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, das einer Blockiereinrichtung zugeführt wird, die die Steuereinrichtung auf elektromechanischer Weise blockiert.