DE19625496C2 - Bedienelementanordnung zur Steuerung wenigstens der Längsbewegung eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bedienelementanordnung zur Steuerung wenigstens der Längs- und optional auch der Querbewe­ gung eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Herkömmlicherweise dienen in einem Automobil das Lenkrad als Be­ dienelement zur Steuerung der Querbewegung sowie das Gas- und das Bremspedal als Bedienelemente zur Steuerung der Längsbewe­ gung. In dem Aufsatz P. Bränneby et al., Improved Active and Passive Safety by Using Active Lateral Dynamic Control and an Unconventional Steering Unit, 13th International Technical Con­ ference on Experimental Safety Vehicles, 4. bis 7.11.1991, Proceedings Vol. 1, Seite 224 wird als Alternative zum herkömm­ lichen Lenkrad ein beispielsweise am Mitteltunnel des Fahrzeugs angeordneter Bedienhebel vorgeschlagen.

Des weiteren ist es bekannt, ein gemeinsames Bedienelement zur Steuerung der Längs- und Querdynamik eines Kraftfahrzeuges vor­ zusehen, wobei vorzugsweise die Längsbewegung durch eine Betäti­ gung des Bedienelementes in Fahrzeuglängsrichtung und die Quer­ bewegung durch eine Betätigung desselben in Querrichtung, insbe­ sondere als Drehbewegung entsprechend dem herkömmlichen Lenkrad, gesteuert werden. Ein solches Bedienelement ist in Form eines Steuerknüppels, der an einem Rahmen um eine horizontale Querach­ se schwenkbeweglich gelagert ist, wobei der Rahmen seinerseits um eine horizontale Längsachse drehbar ist, in der Patentschrift US 3.022.850 offenbart. Ein weiteres Bedienelement dieser Art, das in dem Aufsatz H. Bubb, Arbeitsplatz Fahrer - Eine ergonomi­ sche Studie, Automobil-Industrie 3/85, Seite 265 erwähnt ist, be­ inhaltet zwei eng nebeneinander liegende, mechanisch miteinander verbundene, tellerartige Handgriffe, die am Ende eines Bügels angebracht sind, der an der Fahrzeugmittelkonsole beweglich ge­ führt ist. Durch Verschieben des Bügels in Fahrzeuglängsrichtung wird die Fahrzeuglängsdynamik gesteuert, während die Querdynamik durch Verdrehen der beiden tellerartigen Handgriffe in der Fahr­ zeugquerebene beeinflußt wird.

In der nicht vorveröffentlichten, älteren DE 195 48 717 C1 ist eine Bedienelementanordnung der eingangs genannten Art offenbart, bei der die beiden Bedienelemente unab­ hängig voneinander betätigbar und vorzugsweise als handbetätig­ bare Steuerknüppel gestaltet sind. Durch elektronische Kopplung der beiden Bedienelemente werden Befehlskollisionen verhindert, z. B. durch additive Überlagerung der Steuerbefehlsignale, durch manuelles Passivschalten jeweils eines Bedienelementes oder durch Zuordnung unterschiedlicher Prioritäten für die beiden Be­ dienelemente. Zur ausreichenden Funktionssicherheit müssen hier­ bei Maßnahmen zur Erkennung eines Ausfalls eines der beiden Be­ dienelemente getroffen werden, so daß der Fahrzeugführer das ausgefallene Bedienelement sofort loslassen kann, um die Fahr­ zeugführung anschließend allein mit dem noch funktionierenden Bedienelement vorzunehmen.

In der Offenlegungsschrift WO 88/09279 ist eine Bedienelement­ anordnung zur Steuerung der Querbewegung eines Automobils offen­ bart, die zwei Handgriff-Bedienelemente beinhaltet, welche an einer Konsole gelagert sind, die an der Stelle eines herkömmlich üblichen Lenkrades positioniert ist. Die beiden Handgriffe sind über eine mechanische Kopplung synchron verschwenkbar an der Konsole gelagert, wobei in sinnfälliger Funktionszuordnung Schwenkbewegungen nach rechts Lenkeinschläge nach rechts und Schwenkbewegungen nach links Lenkeinschlage nach links zur Folge haben.

In der Offenlegungsschrift EP 0 525 817 A1 ist eine Bedienele­ mentanordnung zur Steuerung der Querbewegung eines Fahrzeuges beschrieben, die zwei als Steuerknüppel ausgebildete Bedienele­ mente beinhaltet, von denen je eines im linken bzw. rechten Fah­ rersitzseitenbereich angeordnet ist. Dabei sind die beiden Steu­ erknüppel ausschließlich in Fahrzeuglängsrichtung bewegbar gela­ gert. Außerdem sind sie über einen Motor miteinander sowie mit den zu lenkenden Fahrzeugrädern elektrisch derart gekoppelt, daß ein Lenkeinschlag in eine jeweilige Richtung von einer Vorwärts­ bewegung des einen Steuerknüppels und einer gleichzeitigen Rück­ wärtsbewegung des anderen Steuerknüppels bewirkt wird.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Bedienelementanordnung der eingangs genannten Art zugrun­ de, bei der mit vergleichsweise geringem Aufwand eine hohe Funk­ tionszuverlässigkeit realisiert ist.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Bedienelementanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei dieser Anordnung sind die beiden als Steuerknüppel ausgebildeten Bedienelemente, mit denen parallel die Längs- und optional auch die Querbewegung des Kraftfahrzeuges gesteuert werden kann, me­ chanisch oder hydraulisch miteinander so gekoppelt, daß die auf das eine Bedienelement ausgeübten Stellbewegungen oder Stell­ kräfte auf das jeweils andere Bedienelement übertragen werden. Der Fahrzeugführer kann das Fahrzeug wahlweise durch Betätigung des einen, des anderen oder beider Bedienelemente führen. Damit besitzt die Bedienelementanordnung mit den beiden Bedienelementen mit funktionssicherer mechanischer oder hydraulischer Kopplung eine inhärente funktionssicherheitserhöhende Redundanz, ohne daß hierfür spezielle Komponenten zur Erkennung eines Ausfalls eines der beiden Bedienelemente vorgesehen werden müssen.

Im übrigen werden mit dieser Bedienelementanordnung die bekannten Vorteile eines gemeinsamen Bedienelementes zur Längs- und Querbewegungssteuerung gegenüber herkömmlichen Anordnungen mit einem Lenkrad zur Querbewegungssteuerung und einer davon entkoppelten Gas- und Bremspedalerie zur Längsbewegungssteuerung erzielt, wie höhere Lenkstellgeschwindigkeiten, Vermeidung von Unfallgefahren durch Lenkrad und Pedalerie, keine Notwendigkeit von Pedalwechseln bei der Längsbewegungssteuerung, großer Freiraum für die Instrumentenplazierung durch Wegfall des Lenkrades und bequeme Körperhaltung mit freier Wahl der Fußposition und körpernaher Handposition am Bedienelement sowie Möglichkeit einer Verkürzung des Fahrzeugs um den bisher für das Lenkrad und die Pedalerie erforderlichen Raum bei gleichem Raumangebot und verbessertem Einsteigen in das Fahrzeug.

Eine nach Anspruch 2 weitergebildete Bedienelementanordnung ist besonders unter ergonomischen Gesichtspunkten vorteilhaft, indem die beiden Bedienelemente als seitlich des Fahrersitzes, vorzugsweise auf Armhöhe des Fahrers angeordnete Steuerknüppel ausgebildet sind. Dabei sind die Steuerknüppel in Fahrzeuglängsrichtung und optional auch in Fahrzeugquerrichtung betätigbar gelagert, wodurch eine intuitive Zuordnung der jeweiligen Betätigungsrichtung zur Steuerungsfunktion geschaffen werden kann, indem die Steuerknüppel zur Beeinflussung der Fahrzeugquerbewegung in Querrichtung bzw. zur Beeinflussung der Fahrzeuglängsbewegung in Längsrichtung betätigt werden.

In weiterer Ausgestaltung einer solchen Bedienelementanordnung sind gemäß Anspruch 3 die beiden Steuerknüppel über ein Gestänge oder einen Bowdenzug mechanisch oder über eine Kolben-Zylinder- Anordnung hydraulisch miteinander gekoppelt.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Vorderansicht eines Fahrersitzbereiches eines Kraftfahrzeuges mit zwei seitlich angeordneten, schwenkbeweglich gelagerten und über ein mechanisches Gestänge gekoppelten Steuerknüppeln,

Fig. 2 eine Ansicht eines Fahrersitzbereiches entsprechend Fig. 1, jedoch mit einer mechanischen Bowdenzugkopplung der beiden Steuerknüppel, und

Fig. 3 eine Ansicht eines Fahrersitzbereiches entsprechend Fig. 1, jedoch mit hydraulischer Kopplung der beiden Steuerknüppel.

Die in Fig. 1 lediglich schematisch mit ihren hier interessierenden Komponenten gezeigte Bedienelementanordnung zur Steuerung der Längs- und Querbewegung eines Kraftfahrzeuges beinhaltet zwei Steuerknüppel (1, 2), von denen sich der eine (1) im rechten und der andere (2) im linken Seitenbereich eines Fahrersitzes (3) befinden. Beide Steuerknüppel (1, 2) enden mit ihrem oberen, freien Ende in einem jeweiligen, vom Fahrer bequem greifbaren Handgriff (1a, 2a) und sind in einem mittleren Abschnitt über einen Anlenkpunkt (1b, 2b) sowohl in Fahrzeuglängsrichtung als auch in Fahrzeugquerrichtung schwenkbeweglich an der Fahrzeugkarosserie festgelegt. In Fig. 1 ist vereinfacht lediglich die Schwenkbeweglichkeit in Querrichtung mit entsprechenden Doppelpfeilen (P) angedeutet. An ihren unteren Enden (1c, 2c) sind die beiden Steuerknüppel (1, 2) über eine Koppelstange (4) mechanisch miteinander gekoppelt, die unterhalb eines Sitzkissens (3a) des Fahrersitzes parallel zur Fahrzeugquerrichtung verläuft.

Wie in Fig. 1 angedeutet, überträgt die Koppelstange (4) eine Schwenkbewegung des einen Steuerknüppels in Fahrzeugquerrichtung in eine entsprechende Querverschwenkung des anderen Steuerknüppels. Zur Kopplung der Steuerknüppellängsbewegungen ist die Koppelstange (4) in nicht näher gezeigter Weise so an der Fahrzeugkarosserie geführt, daß sie senkrecht zur Fahrzeugquerrichtung ohne eigene Drehbewegungskomponente bewegbar ist, so daß sie eine Längsverschwenkung des einen Steuerknüppels in eine gleich große Längsverschwenkung des anderen Steuerknüppels überträgt. Mit dieser Längsverschwenkung wird die Fahrzeuglängsbewegung gesteuert, indem wiederum in assoziativer Funktionszuordnung eine Bewegung der Steuerknüppelgriffteile (1a, 2a) nach vorn eine positive Beschleunigung, d. h. eine Geschwindigkeitserhöhung des Fahrzeugs, bewirkt, während eine Bewegung derselben nach hinten eine Verzögerung, d. h. eine Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit, einleitet. Es versteht sich, daß die Bedienelementanordnung hierzu in nicht näher gezeigter, herkömmlicher Weise mit einer geeigneten Sensorik und Steuerung ausgestattet ist, um die Stellung der Handgriffe (1a, 2a) und damit der Steuerknüppel (1, 2) zu erfassen und in einen entsprechenden Eingriff in die Motorsteuerung, die Bremsanlage und/oder die Lenkung zwecks Beschleunigen, Verzögern und/oder Lenken des Fahrzeugs zu transformieren. Je nach Bedarf können in den Handgriffen (1a, 2a) der Steuerknüppel (1, 2) weitere Bedienfunktionalitäten untergebracht sein, wie Bedientasten für die Fahrzeuglichtanlage, die Scheibenwischer und dergleichen.

Neben der beschriebenen Auslegung der beiden Steuerknüppel (1, 2) als sogenannte passive Stellteile, bei denen die zu steuernde Größe in Abhängigkeit von der Steuerknüppelauslenkung eingestellt wird, ist alternativ eine Auslegung als sogenannte isometrische oder aktive Stellteile möglich. Im Fall der isometrischen Systemauslegung verbleiben die Steuerknüppel (1, 2) ortsfest, und die zu steuernde Größe wird als Funktion der auf die Steuerknüppel (1, 2) in die jeweilige Betätigungsrichtung ausgeübten Betätigungskraft eingestellt. Bei der Auslegung als aktive Stellteile bestimmt die Betätigungskraft oder die Auslenkung den Wert der zu steuernden Größen, und zusätzlich erfolgt selbsttätig eine Auslenkung bzw. Reaktionskraftbeaufschlagung der Steuerknüppel (1, 2) in Abhängigkeit vom jeweiligen Istwert der zu steuernden Größe, z. B. in Abhängigkeit von der Beschleunigung bzw. Verzögerung und/oder vom Lenkwinkel, als Rückmeldung für den Fahrer. In beiden Fällen verfügt die Bedienelementanordnung über eine geeignete Aktuatorik zur Ausübung einer entsprechenden Reaktionskraft auf die Steuerknüppel (1, 2) bzw. zur selbsttätigen Auslenkung derselben.

Unabhängig von der Steuerknüppelauslegung werden durch die Bewegungs- bzw. Kraftkopplung der beiden Steuerknüppel (1, 2) die Bedienkräfte und/oder Bedienbewegungen, die der Fahrer an einem Steuerknüppel vornimmt, mechanisch zum anderen Steuerknüppel übertragen, wobei im Fall der gleichzeitigen Betätigung beider Steuerknüppel (1, 2) die Betätigungskräfte bzw. die Steuerknüppelauslenkungen durch die mechanische Kopplung automatisch gemittelt werden. Es reicht daher aus, nur einem der beiden Steuerknüppel (1, 2) eine passende Sensorik zuzuordnen, um die vom Fahrer ausgeübten Bedienkräfte bzw. Steuerknüppelauslenkungen zu erfassen. Aus dem gleichen Grund wird bei aktiv ausgelegten Steuerknüppeln nur für einen von beiden eine Aktuatorik benötigt. Es ist selbstverständlich auch möglich, einen der beiden Steuerknüppel passiv und den anderen aktiv bzw. isometrisch auszulegen. In jedem Fall sorgt die mechanische Kopplung der beiden Steuerknüppel (1, 2) für eine die Funktionssicherheit erhöhende Redundanz.

Anstelle der beschriebenen Längs- und Querbewegungssteuerung des Fahrzeugs durch die beiden Steuerknüppel (1, 2) kann alternativ vorgesehen sein, mit den Steuerknüppeln (1, 2) nur die Längsbewegung des Fahrzeugs zu steuern, indem die Steuerknüppelbeweglichkeit bzw. die Betätigungskrafterfassung auf die Fahrzeuglängsrichtung eingeschränkt wird. Als weitere Variante kommt in Betracht, mit den beiden Steuerknüppeln (1, 2) zwar, wie oben beschrieben, die Längs- und die Querbewegung des Fahrzeugs zu steuern, jedoch die Kopplung der beiden Steuerknüppel (1, 2) durch die Koppelstange (4) nur in der einen Bedienfunktionalität wirksam werden zu lassen. Beispielsweise kann diese Kopplung auf die Querbewegungssteuerung dadurch beschränkt werden, daß die Koppelstange (4) in ihrer Beweglichkeit nicht durch eine Längsführung an der Fahrzeugkarosserie eingeschränkt wird, so daß sie nur Querverschwenkungen der Steuerknüppel (1, 2) überträgt.

Fig. 2 zeigt eine weitere Variante der Bedienelementanordnung von Fig. 1, wobei der Übersichtlichkeit halber für funktionell gleiche Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet sind und insoweit auf die Erläuterungen zu Fig. 1 verwiesen werden kann. Anstelle der Koppelstange (4) von Fig. 1 ist bei dieser Bedienelementanordnung ein Bowdenzug (5) als mechanische Kopplung zwischen den beiden Steuerknüppeln (1, 2) vorgesehen. Um die Kräfte bzw. Steuerknüppelauslenkungen in der gezeigten Querrichtung in beiden Betätigungsrichtungen mit gleicher Zuverlässigkeit übertragen zu können, verbindet der Bowdenzug (5) die beiden unteren Anlenkpunkte (1c, 2c) der Steuerknüppel (1, 2) sowohl mit einem direkt verbindenden Abschnitt (5a) als auch mit einem Umlenkungsabschnitt (5b), der auf den unteren Anlenkpunkt (1c, 2c) jedes Steuerknüppels (1, 2) von der dem anderen Steuerknüppel abgewandten Seite her Zugkräfte auszuüben vermag. Damit ergeben sich für diese Bedienelementanordnung die gleichen Kopplungseigenschaften für die beiden Steuerknüppel (1, 2) wie für die Bedienelementanordnung von Fig. 1. Es versteht sich, daß neben der gezeigten Bowdenzugkopplung in Querrichtung auch eine Kopplung der beiden Steuerknüppel (1, 2) hinsichtlich ihrer Längsbetätigungsrichtung vorgesehen ist.

Fig. 3 zeigt eine weitere Variante der Bedienelementanordnung von Fig. 1, wobei wiederum funktionell gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Bei dieser Bedienelement­ anordnung ist anstelle der mechanischen Kopplung der Anordnungen der Fig. 1 und 2 eine hydraulische Kopplung der beiden Steuerknüppel (1, 2) vorgesehen. Diese hydraulische Kopplung beinhaltet eine Kolben-Zylinder-Anordnung bestehend aus zwei Zylindern (6a, 6b) mit zugehörigen Kolbenstangen (7a, 7b). Die Zylinder (6a, 6b) sind auf ihren einander zugewandten Seiten an Fahrzeugkarosserieabschnitten (8a, 8b) festgelegt, während ihre Kolbenstangen (7a, 7b) aus den einander abgewandten Zylinderseiten austreten und endseitig am jeweiligen unteren Ende (1c, 2c) der Steuerknüppel (1, 2) angelenkt sind. Durch den Kolben der Kolbenstange (7a, 7b) wird der Innenraum jedes Zylinders (6a, 6b) in zwei Arbeitsräume unterteilt, von denen je einer mit dem entsprechenden Arbeitsraum des anderen Zylinders über eine jeweilige Hydraulikleitung (9a, 9b) in Fluidverbindung steht.

Eine Betätigung des einen Steuerknüppels in Fahrzeugquerrichtung wird von dieser Kolben-Zylinder-Anordnung über die eine Kolbenstange, die Hydraulikfluidströmung durch die Hydraulikleitungen (9a, 9b) und die andere Kolbenstange zum anderen Steuerknüppel übertragen. Die hydraulische Kopplung der beiden Steuerknüppel (1, 2) durch die Kolben-Zylinder-Anordnung hat damit die gleiche Funktionsweise und dieselben vorteilhaften Eigenschaften für die Längs- und Querbewegungssteuerung des betreffenden Kraftfahrzeuges zur Folge wie sie oben zu den Fig. 1 und 2 erläutert sind, worauf verwiesen werden kann. Es versteht sich, daß auch bei der Bedienelementanordnung von Fig. 3 neben der gezeigten Kopplung in Querbetätigungsrichtung eine vorzugsweise mechanische oder hydraulische Kopplung der beiden Steuerknüppel (1, 2) in Längsbetätigungsrichtung vorgesehen sein kann.

Die gezeigten Beispiele machen deutlich, daß durch die mechanische oder hydraulische Kopplung der beiden Bedienelemente zur Längs- und optional auch zur Querbewegungssteuerung eine vergleichsweise sichere, zuverlässige Fahrzeugführung mit relativ geringem Aufwand und hohem Fahrerkomfort erzielt wird. Durch die mechanische oder hydraulische Kopplung wird im Vergleich zu einer elektronischen Kopplung insgesamt weniger Sensorik und Aktuatorik benötigt, da selbige nur einem der beiden Bedienelemente zugeordnet zu werden braucht.

Claims (3)

1. Bedienelementanordnung zur Steuerung der Längs- und/oder der Querbewegung eines Kraftfahrzeuges, mit

• 1. zwei Bedienelementen (1, 2), wobei wenigstens die Längsbewe­ gung, optional zusätzlich die Querbewegung, des Kraftfahrzeuges wahlweise durch Betätigen des einen oder des anderen Bedienele­ mentes steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
• 2. die beiden Bedienelemente (1, 2) als Steuerknüppel ausgebildet sind und mechanisch oder hydraulisch zur Übertragung von Stell­ bewegungen oder Stellkräften zwischen den beiden Bedienelementen derart miteinander gekoppelt sind, daß sie voneinander abhängig betätigbar sind.

2. Bedienelementanordnung nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bedienelemente von je einem im linken bzw. rechten Fahrersitzseitenbereich angeordneten Steuerknüppel (1, 2) gebil­ det sind, die zur Steuerung der Fahrzeuglängsbewegung in Fahr­ zeuglängsrichtung und optional zusätzlich zur Steuerung der Fahrzeugquerbewegung in Fahrzeugquerrichtung betätigbar gelagert sind.

3. Bedienelementanordnung nach Anspruch 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerknüppel (1, 2) über ein Gestänge (4) oder einen Bowdenzug (5) mechanisch oder über eine Kolben-Zylinder-Anord­ nung (6a bis 9b) hydraulisch gekoppelt sind.