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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung gehört
zum Gebiet der Kraftfahrzeuge im weitesten Sinne und kann insbesondere
auf Nutzfahrzeuge, aber auch auf Personenkraftwagen angewendet werden.
Sie betrifft insbesondere die Lenksysteme, die ohne mechanische
Lenksäule arbeiten,
jedoch mittels eines elektrischen, elektrohydraulischen oder hydraulischen
Steuerkreises, der ein Stellorgan steuert, das auf den Einschlagwinkel der
Vorderräder
einwirkt.
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Diese
Art der Lenksteuerung wird allgemein als "Steer-by-Wire" bezeichnet. Die Erfindung strebt genauer
gesagt eine Verbesserung der "Steer-by-Wire"-Steuersysteme an,
die Verbesserungen hinsichtlich der Ergonomie, insbesondere für den Betrieb
im Rückwärtsgang,
schafft.
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Stand der
Technik
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Gewöhnlich verwenden
die "Steer-by-Wire"-Systeme eine Information,
die den Drehwinkel des Lenkrads repräsentiert, um mittels eines
Kraftkreises in entsprechender Weise Stellorgane zu steuern, welche
die Veränderung
des Einschlagwinkels der Vorderräder
bewirken. Verschiedene Lösungen, die
unterschiedliche Technologien einsetzen, können verwendet werden. So können diese
Stellorgane durch einen völlig
hydraulischen Kreis gesteuert werden, in dem eine von der Drehung
des Lenkrads gesteuerte Motorpumpe wirkt. Andere Lösungen verwenden
elektrohydraulische Systeme. So wird anhand elektrischer Signale,
die von Sensoren erzeugt werden, welche mit dem Lenkrad verbunden
sind, in entsprechender Weise eine Gruppe elektrohydraulischer Bauteile
wie Magnetventile gesteuert, um die für die Veränderung des Radeinschlagwinkels
verantwortlichen Stellorgane, typischerweise Zylinder, zu speisen.
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Andere,
rein elektrische Lösungen
gewährleisten
die Energieversorgung von Elektrozylindern in Abhängigkeit
von Signalen, die von mit dem Lenkrad verbundenen Sensoren stammen.
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Man
beobachtet auch eine Tendenz zur Weiterentwicklung der Architektur
des Führerstands
eines Nutzfahrzeugs, bei dem das Lenkrad durch einen schwenkbaren
Manipulator ersetzt ist. Dieser Manipulator kann über eine
oder mehrere Neigungsrichtungen verfügen. Eine erste Richtung, gewöhnlich querlaufend,
ermöglicht
die Steuerung des Lenksystems. Genauer gesagt bewirkt die Neigung
des Manipulators zur einen oder anderen Seite einer neutralen Stellung
die Veränderung
des Einschlagwinkels in gleicher Richtung.
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Bei
bestimmten weiterentwickelten Systemen, die allerdings zur Durchführung der
vorliegenden Erfindung nicht obligatorisch sind, kann der Manipulator
außerdem über eine
zweite Richtung, gewöhnlich
längslaufend,
verfügen,
welche es ermöglicht,
zugleich die Beschleunigung und Bremsung des Fahrzeugs zu steuern.
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Gewöhnlich erfordert
das Lenken im Rückwärtsgang
unabhängig
von der Art des Richtungssteuerorgans, d.h. Lenkrad oder Manipulator,
vom Fahrer eine erhöhte
Aufmerksamkeit, da seine visuellen Bezugspunkte verändert sind.
So verliert der Fahrer in einem Personenkraftwagen, wenn er sich umdreht,
um das hintere Sichtfeld des Fahrzeugs zu betrachten, nun automatisch
die Sicht auf sein Lenkrad, und es ist folglich notwendig, dass
er ganz besonders auf seine Bewegungen achtet. Diese Anforderung
wird noch offensichtlicher beim Lenken von Nutzfahrzeugen, bei denen
das hintere Sichtfeld nur mit Hilfe von Rückspiegeln zugänglich ist,
die jeweils einen Teil des hinteren Sichtfeldes zurückwerfen,
jedoch mit einem Phänomen
der Umkehr durch Reflexion in einem Spiegel.
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Diese
Betrachtung im indirekten Modus, kombiniert mit der Teilung des
Sichtfeldes in zwei Teile, und die großen Abmessungen eines Nutzfahrzeugs
erfordern eine gewisse Erfahrung mit dem Lenken im Rückwärtsgang.
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Um
die Bewegung im Rückwärtsgang
zu erleichtern, sind bereits einige Lösungen vorgeschlagen worden,
insbesondere jene, die in der unter der Nummer JP 8-207 661 veröffentlichten
japanischen Patentanmeldung beschrieben ist. Diese Lösung besteht
darin, eine Kamera zu verwenden, die am Heck des Fahrzeugs angeordnet
ist und imstande ist, das hintere Sichtfeld des Fahrzeugs aufzunehmen.
Das durch diese Kamera verarbeitete Bild wird anschließend auf
einem Bildschirm angezeigt, der sich in Höhe der Windschutzscheibe des
Führerstands
befindet, im wesentlichen nach Art eines Rückspiegels. Das auf diesem
Bildschirm dargestellte Bild hat eine Verarbeitung zur Seitenverkehrung
erfahren, um im indirekten Modus angezeigt zu werden. Auf diese Weise
hat der Fahrer beim Betrachten dieses Bildschirms den Eindruck,
dass es sich um einen Rückspiegel
handelt, der es ihm ermöglicht,
hinter seine Kabine zu schauen, obwohl diese Sicht völlig versperrt
ist.
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Anders
ausgedrückt
gestattet diese Lösung dem
Fahrer das Lenken bei gleichzeitigem Zugang zum hinteren Sichtfeld
seines Fahrzeugs durch einen Mittelrückspiegel, obwohl dieses Sichtfeld
von der Kabine aus nicht zugänglich
ist. Der Lenkmodus im Rückwärtsgang
erfordert jedoch eine Umkehr der Befehle am Lenkrad in Bezug auf
die visuellen Bezugspunkte. Dies stellt folglich einen Mangel an
Ergonomie dar.
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JP-03
007 677 beschreibt ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1.
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Das
Problem, das die Erfindung zu lösen
beabsichtigt, ist die Vereinfachung des Lenkmodus im Rückwärtsgang.
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Darlegung
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft also ein Kraftfahrzeug und insbesondere ein Nutzfahrzeug,
das mit einem Lenksteuersystem des Typs "Steer-by-Wire" ausgestattet ist. Ein solches Lenksteuersystem
umfasst:
- • ein
Lenkorgan von der Art eines Lenkrads oder Manipulators,
- • ein
Stellorgan, das auf den Einschlagwinkel der Vorderräder einwirkt,
- • Mittel,
um dieses Stellorgan in Abhängigkeit
von einem Signal zu steuern, das von dem Lenkorgan kommt;
- • auf
der Ebene des Führerstands
Mittel zur Sichtbarmachung des hinteren Sichtfelds des Fahrzeugs
im Direktmodus;
- • Mittel
zur Feststellung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs;
- • Mittel,
um je nach Fahrtrichtung des Fahrzeugs die Einschlagrichtung der
Räder bei
gleicher Bewegungsrichtung des Lenkorgans umzukehren.
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Anders
gesagt besteht die Erfindung darin, in dem Führerstand das hintere Feld
ohne Umkehrung anzuzeigen, so wie es der Fahrer sehen würde, wenn er
sich umdrehen und durch den Anhänger
sehen könnte,
wenn es sich um einen Lastkraftwagen handelt, oder allgemeiner durch
den Teil des Fahrzeugs, der sich hinter dem Führerstand befindet. Ebenso werden,
wenn der Rückwärtsgang
eingelegt ist, die Lenkbefehle umgekehrt, d.h. eine Drehung des
Lenkrads nach rechts oder eine Neigung des Manipulators nach rechts
bewirkt ein Einschlagen der Vorderräder nach links und umgekehrt.
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Mit
anderen Worten: Die Erfindung läuft
darauf hinaus, den Führerstand
virtuell umzudrehen und zum Heck des Fahrzeugs zu verschieben, weil
nun der Anzeigebildschirm das Bild im Direktmodus darstellt, so
wie es von der Kamera, die sich am Heck des Fahrzeugs befindet,
aufgenommen wird, und weil das Lenkrad oder der Manipulator in umgekehrter
Weise auf die Einschlagwinkel einwirkt, als ob es bzw. er umgedreht
worden wäre.
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Hieraus
folgt, dass der Lenkmodus im Rückwärtsgang
einem Lenken im entsprechenden Vorwärtsgang ähnelt, welches somit den Fahrer
nicht verwirrt, da er folglich bei der Wahl der Drehrichtung des
Lenkrads nicht zögert
und da er insbesondere Schriftzüge
oder die Beschilderung nicht umgekehrt wahrnimmt.
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Dieses
Prinzip der virtuellen Verschiebung des Führerstands kann bei verschiedenen
Architekturen des Führerstands
und Technologien des Lenksteuersystems verwirklicht werden. So kann
das Lenkorgan ein herkömmliches
Lenkrad sein, das durch Drehung arbeitet, oder auch ein Manipulator,
der einen schwenkbaren Griff umfasst. Desgleichen können die
Mittel zum Steuern des auf den Einschlagwinkel einwirkenden Stellorgans
hydraulische Kreise, elektrohydraulische Kreise oder auch rein elektrische Kreise
beinhalten.
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Im
allgemeinen wird die Steuerung des oder der Stellorgane gewöhnlich von
einem Rechner durchgeführt,
der Steuerbefehle in Abhängigkeit
von dem vom Lenkorgan kommenden Signal erzeugt.
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In
der Praxis kann die Inversion der Einschlagbefehle auf unterschiedliche
Weise erfolgen. So können
bei einer ersten Ausführungsform
die Umkehrmittel auf die Konfiguration der rechnergesteuerten elektrischen
oder elektrohydraulischen Kreise einwirken. Anders ausgedrückt bleiben
die Gesetze zur Steuerung des Einschlags in Abhängigkeit von dem Drehwinkel
des Lenkorgans die gleichen, und es ist der stromabwärts vom
Rechner gelegene Kraftkreis, der dann so rekonfiguriert wird, dass
umgekehrte Einschläge
erhalten werden.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
wirken die Umkehrmittel auf das Signal ein, das von dem Lenkorgan
kommt und zwecks Steuerung der elektrischen oder elektrohydraulischen
Kreise an den Rechner weitergeleitet wird. Mit anderen Worten: Das
von dem Lenkorgan kommende Signal wird innerhalb des Rechners derart
verarbeitet, dass es so interpretiert wird, als ob das Lenkrad oder
der Manipulator in eine entgegengesetzte Richtung bewegt worden
wären.
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Kurze Beschreibung der
Figuren
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Die
Art und Weise der Durchführung
der Erfindung sowie die sich daraus ergebenden Vorteile werden gut
aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsform unter Zugrundelegung
der beigefügten Figuren
ersichtlich, wobei:
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1 eine
Situationsansicht ist, die ein Nutzfahrzeug und seine hintere Umgebung
zeigt.
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2 eine
schematische Ansicht des Inneren des Führerstands ist.
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3 ein
vereinfachtes Schema ist, welches das erfindungsgemäße Lenksystem
erläutert.
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Art und Weise der Durchführung der
Erfindung
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Wie
in 1 dargestellt, ist das Fahrzeug (1) mit
einer Kamera (2) ausgerüstet,
die sich zum Beispiel am Heck des Anhängers befindet und so ausgerichtet
ist, dass sie das hintere Sichtfeld des Fahrzeugs überblickt.
Man beobachtet beispielsweise, dass das hintere Sichtfeld, wenn
man es vom Heck des Lastkraftwagens betrachtet, rechts eine Baumgruppe
(6) aufweist, während
die Straße
auf der linken Seite von einem Wohngebäude (16) gesäumt wird.
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Diese
Kamera (2) ist durch einen geeigneten Anschluss mit einem
oder mehreren Rechnern verbunden, die sich zum Beispiel in Höhe der Kabine
befinden.
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Im
Innern der Kabine wird das von der Kamera (2) aufgenommene
Bild auf der Ebene eines Bildschirms (3) angezeigt, der
sich zum Beispiel in Höhe der
Windschutzscheibe an einem Ort befinden kann, welcher demjenigen
eines Rückspiegels
eines Personenkraftwagens oder eines Lastkraftwagens entspricht,
bei dem die Rückseite
der Kabine verglast ist. Natürlich
kann dieser Bildschirm (3) an vielen anderen Stellen angeordnet
sein, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Er kann sich zum
Beispiel unmittelbar hinter dem Lenkrad befinden, gegebenenfalls
automatisch ausklappbar sein oder auch durch ein Projektionssystem
ersetzt sein, welches das Bild auf einen Bereich der Windschutzscheibe oder
allgemeiner in das Sichtfeld des Fahrers und beispielsweise auf
die Straße
projiziert.
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Es
ist wichtig anzumerken, dass die Anzeige des Bildes auf dem Bildschirm
(3) im Direktmodus erfolgt, das heißt ohne Umkehr des Bildes.
So beobachtet man bei dem in 2 dargestellten
Beispiel, dass das auf dem Bildschirm (3) angezeigte Bild
nicht demjenigen entspricht, das auf der Ebene der beiden Rückspiegel
(4, 5) wahrgenommen werden kann, sondern im Gegenteil
in einer umgekehrten Konfiguration vorliegt. Das in 3 dargestellte
Bild entspricht demjenigen, das der Fahrer hätte, wenn er sich in Höhe der Kamera
(2) plazieren und vom Lastkraftwagen nach hinten blicken
würde.
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In
der Praxis kann diese Anzeige ständig
erfolgen oder auch nur dann, wenn das Fahrzeug im Rückwärtsgang
läuft.
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Das
erfindungsgemäße Lenksystem
kombiniert also zugleich die Vorrichtung zur Sichtbarmachung des
hinteren Sichtfeldes, aber auch eine spezielle Verwaltung der Befehle,
die auf der Ebene des Lenkorgans erzeugt werden, das bei dem in 2 dargestellten
Beispiel ein Lenkrad (7) ist.
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Bei
anderen, gleichwertigen Varianten kann das Lenkrad (7)
durch einen Manipulator ersetzt sein, der mit einem Griff ausgestattet
ist, dessen seitliche Neigung in die eine oder andere Richtung ebenfalls einen
Lenkbefehl erzeugt.
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Genauergenommen
und wie in 3 dargestellt, umfasst das Lenkorgan
(7) einen Sensor (8), der ein Signal erzeugt,
das den Drehwinkel des Lenkrads (7) repräsentiert.
Dieses Signal (9) wird an einen Rechner (10) weitergeleitet,
der die Verwaltung des Lenkbefehls gewährleistet. Dieser Rechner erzeugt einen
Kraftsteuerbefehl, der durch den Pfeil (11) in Richtung
des Stellorgans (12) dargestellt ist, das die Veränderung
des Einschlagwinkels der Räder
(14, 15) bewirkt.
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Dieses
Stellorgan (12) kann von sehr unterschiedlicher Art sein
und insbesondere durch Hydraulikzylinder verwirklicht sein oder
auch durch Elektrozylinder. In dem ersten Fall ist der Kraftsteuerkreis
(11) von elektrohydraulischer Art, während im zweiten Fall der Kraftkreis
rein elektrisch ist.
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Im
Vorwärtsgang
bewirkt eine Drehung des Lenkrads (7) nach links entlang
dem Pfeil G eine Veränderung
des Einschlagwinkels der Räder
entlang dem Pfeil Gr von 3. Wenn sich das Fahrzeug im Rückwärtsgang
befindet, was der Rechner (10) beispielsweise auf Grund
von Signalen erkennen kann, die von der Knüppelschaltung (17)
kommen, gewährleistet
der Rechner (10) erfindungsgemäß eine Umkehr der Lenkbefehle.
Natürlich
kann die Erkennung des Betriebs im Rückwärtsgang auch von anderen Signalen
herrühren,
und zum Beispiel von Signalen, die im Innern des Rechners erzeugt
werden, der die Verwaltung des Steuergesetzes des Getriebes gewährleistet.
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Genauer
gesagt verändert
sich der Einschlagwinkel der Räder
(14, 15), wenn der Fahrer eine Drehung des Lenkrads
(7) nach links G durchführt,
dahingehend, dass ein Einschlag nach rechts entlang dem Pfeil Dr
bewirkt wird. Diese Situation entspricht dem entgegengesetzten Einschlag,
der befohlen wird, wenn sich das Fahrzeug im Vorwärtsgang
befindet.
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Diese
Umkehr kann auf verschiedene Weise erfolgen. So kann der Rechner
ein Modul enthalten, das aus dem vom Sensor (8) kommenden
Signal (9), das die Drehung des Lenkrads repräsentiert,
ein invertiertes Signal erzeugt. Dieses angepasste Signal wird anschließend dem
Rechengesetz unterworfen, das dann Kraftsignale erzeugt, welche
den Einschlag der Räder
in der entgegengesetzten Richtung bewirken. Der Rechner kann verschiedene
Steuergesetze anwenden, je nachdem, ob sich das Fahrzeug im Vorwärtsgang
oder im Rückwärtsgang
befindet, um beispielsweise einen Übersetzungsfaktor anzupassen.
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Bei
anderen Ausführungsvarianten
kann der Rechner auch eine Umkehr der das Stellorgan (12) steuernden
Kraftkreise gewährleisten.
Unter zahlreichen möglichen
Lösungen
kann man zum Beispiel die Verwendung von vier Bypassventilen vorsehen. In
diesem Fall ist jeder Zylindereingang mit einem T-Stück versehen,
wobei die zwei Kraftzuführungen den
beiden Kammern entsprechen. Jede Zuführung ist mit einem Bypassventil
versehen: Die Kraftumkehr wird vorgenommen, indem die entsprechenden Bypassventile
betätigt
werden.
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So
bewirkt in der Praxis der Fahrer, wenn er sich im Führerstand
und im Rückwärtsgang
befindet, bei einer Drehung des Lenkrads (7) in Richtung
des Pfeils D einen Befehl, der ihn der Baumzone (6) näher bringt,
die er auf seinem Bildschirm (3) beobachtet, während bei
einem herkömmlichen
Fahrzeug, das nicht mit der Erfindung ausgerüstet ist, diese Drehung des
Lenkrads in der gleichen Richtung eine Annäherung des Fahrzeugs an die
das Wohngebäude
(16) aufweisende Straßenseite
bewirkt hätte.
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Aus
dem Vorangegangenen wird ersichtlich, dass das erfindungsgemäße Lenksteuersystem
den wesentlichen Vorteil aufweist, dass es den Führerstand virtuell zum Heck
des Fahrzeugs verschiebt und folglich die Manöver auf ergonomischer Ebene erleichtert.