DE10229759B4 - Bedieneinrichtung, Anordnung von Bedienelementen und Verfahren zur Sollwertermittlung aus der Betätigung eines Bedienelements - Google Patents

Abstract

Bedieneinrichtung, mit einem Bedienelement, einem Sensor zum Erfassen der Betätigung des Bedienelementes und einer Auswerteeinheit zum Ermitteln eines aus der Betätigung des Bedienelementes abgeleiteten Sollwertes, wobei der Sensor eingeleitete Betätigungskräfte erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16) die auf das Bedienelement (15) in unterschiedlichen Richtungen einwirkenden Kräfte (Fn, Fr) erfasst, wobei der abgeleitete Sollwert (S1, S2) in Abhängigkeit aller erfassten Kräfte ermittelt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Bedieneinrichtung mit einem Bedienelement und ein Verfahren zur Ermittlung eines Sollwertes aus der Betätigung des Bedienelements.
• Es sind zum Beispiel aus der DE 196 25 501 A1 Bedieneinrichtungen bekannt, die ein Bedienelement aufweisen, dessen Betätigung durch einen Sensor erfasst wird. Aus der Betätigung wird dann in einer Auswerteeinheit ein Sollwert ermittelt. Der Sensor erfasst die in das Bedienelement eingeleitete Betätigungskraft in einer vorgesehenen Betätigungsrichtung.
• Bei solchen Bedieneinrichtungen kann es sich als nachteilig erweisen, wenn die vorgesehene Betätigungsrichtung des Bedienelementes nicht genau genug reproduzierbar ist. Der Bezug zwischen eingeleiteter Betätigungskraft und Sollwert kann sich für den Bediener nicht mehr intuitiv ergeben, wenn aufgrund von unterschiedlichen Abweichungen der Betätigungsrichtung von der vorgesehenen Betätigungsrichtung bei für den Bediener gleicher Betätigung unterschiedliche Sollwertergeben.
• Entsprechendes gilt, wenn die Position des Bedienelementes veränderbar ist. Ist es beispielsweise aus Gründen der Ergonomie oder der Anpassung an unterschiedliche Bediener möglich, die Position und die Ausrichtung des Bedienelementes zu verändern, so ändert sich damit auch die vorgegebene Betätigungsrichtung des Bedienelementes. Auch dies kann dazu füh ren, dass ein Bediener, der die Position und Ausrichtung des Bedienelementes verändert, die intuitive Beziehung zwischen Betätigung und Wirkung der Betätigung verliert.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, auch bei die Betätigungskraft erfassenden Bedienelementen die intuitive Beziehung zwischen eingeleiteter Betätigungskraft und Sollwert sicherzustellen.
• Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Bedieneinrichtung und ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung des Sollwertes gelöst.
• Eine erfindungsgemäße Bedieneinrichtung weist ein Bedienelement auf. Ein Sensor erfasst die Betätigung des Bedienelementes. Es ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, die aus der Betätigung des Bedienelementes einen Sollwert ableitet. Der Sensor erfasst dabei die auf das Bedienelement eingeleitete Betätigungskraft. Gemäß der Erfindung erfasst der Sensor die in unterschiedliche Richtungen einwirkenden Kräfte und ermittelt den Sollwert in Abhängigkeit aller erfassten Kräfte.
• Durch die Ausbildung der Bedieneinrichtung mit einem Sensor, der die Betätigungskraft in unterschiedlichen Richtungen erfasst, wird die Bedieneinrichtung unabhängig von dem Einhalten einer vorgegebenen Betätigungsrichtung. Die Bedieneinrichtung ist daher variabler, sie kann vorteilhafter weise verstellbar ausgebildet werden.
• Ausgestaltungen der Erfindung können es vorsehen, dass die auf das Bedienelement einwirkende Betätigungskraft in zwei oder drei Richtungen erfasst wird. Die Richtungen in denen die Betätigungskraft erfasst wird, können insbesondere rechtwinklig zueinander sein und schließen einen Winkel zwischen 0° und 180° ein. Die Ausrichtung der Richtungen der Messung der Betätigungskraft kann beispielsweise entlang einer erwarteten Vorzugsrichtung, in deren Richtung die größte Betätigungs kraft erwartet wird, und in einer oder zwei dazu orthogonalen Richtungen erfolgen.
• Andererseits kann es auch von Vorteil sein, wenn die Richtungen von der erwarteten Vorzugsrichtung abweichen. Insbesondere kann ein Winkel von 30° bis 60°, vorzugsweise um 45° zwischen der erwarteten Vorzugsrichtung und den Richtungen des Erfassens der Kräfte vorgesehen sein. Dies hat den Vorteil, dass dann in allen Richtungen ein Messsignal gleicher Größenordnung auftritt und damit die Anfälligkeit gegen Störungen und Messfehler verringert wird. Darüber hinaus ist dadurch eine gegenseitige Überprüfbarkeit der vom Sensor erfassten Werte in unterschiedlichen Richtungen gegeben.
• Zum Erfassen der Betätigungskraft kann der Sensor als in mehreren Richtungen messendes Bauteil ausgebildet sein oder aber als Kombination mehrerer Messelemente, die jeweils die Betätigungskraft in eine Richtung erfassen, wobei die Messelemente dabei sowohl unmittelbar nebeneinander als auch an unterschiedlichen Stellen am Betätigungselement angeordnet sein können. Selbstverständlich können einzelne Teile der Bedieneinrichtung sowie – abgesehen vom Bedienelement selbst – die gesamte Bedieneinrichtung redundant ausgebildet sein, falls dies für die Betriebssicherheit der durch die Bedieneinrichtung bedienten Anlage, beispielsweise ein Kraftfahrzeug, wünschenswert oder erforderlich ist.
• Das Bedienelement kann feststehend angeordnet sein. Ein feststehendes Bedienelement im Sinn der vorliegenden Erfindung ist ein Bedienelement, das beim Betätigen seine Lage gegenüber einem Halteteil, an dem das Bedienelement angeordnet ist, im Wesentlichen nicht verändert. Es kann sich dabei beispielsweise auch um ein Bedienelement handeln, auf das Steller entgegen der Betätigung des Bedienelements so einwirken, dass das Bedienelement lageunverändert bleibt. In diesem Fall ist also nicht das Bedienelement an sich unbeweglich, es wird lediglich ständig eine der Bedienung entgegenwirkende Gegen kraft eingesteuert bzw. eingeregelt. Dennoch ändert sich die Lage des Bedienelementes nicht, weshalb es im vorliegenden Zusammenhang auch als feststehendes Bedienelement angesehen werden kann.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen sehen vor, dass das Bedienelement flächig ausgebildete Betätigungselemente aufweist. Ein Beispiel für ein solch flächiges Betätigungselement ist eine Platte, insbesondere eine Trittplatte. Dabei wird insbesondere die Betätigungskraft in Richtung der Flächennormalen sowie einer weiteren Richtung, die in der Ebene der Fläche liegt gemessen. Ist das flächige Element gegenüber einer Bezugsebene, wie beispielsweise dem Fahrzeugboden geneigt, so liegt eine weitere Richtung vorteilhafter Weise in Richtung dieser Neigung.
• Bei der Bedieneinrichtung handelt es sich gemäß Ausgestaltungen der Erfindung um eine in einem Fahrzeug angeordnete Bedieneinrichtung. Das Bedienelement der Bedieneinrichtung ist insbesondere mit dem Fuß betätigbar, vorzugsweise ist es als vom Fahrer zu betätigendes Bedienelement ausgebildet. Es ist insbesondere im Fahrer-Fußraum angeordnet. Es kann vorzugsweise der Vorgabe einer die Längsdynamik des Fahrzeugs beschreibenden Größe dienen. In diesem Fall ersetzt die Bedieneinrichtung das herkömmliche Gaspedal und/oder das herkömmliche Bremspedal. Es wird über die Bedieneinrichtung ein Sollwert vorgegeben, der sich auf die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung bzw. die Fahrzeugverzögerung beziehen kann.
• Eine besondere Ausführungsform der Erfindung sieht die Anordnung mehrerer erfindungsgemäßer Bedieneinrichtungen unmittelbar nebeneinander vor. Die Bedieneinrichtungen weisen dabei ein gemeinsames Bedienelement auf. Es wird neben dem Erfassen der Betätigungskraft in wenigstens zwei Richtungen auch die Position der Betätigung des Bedienelementes erfasst. Die Betätigung wird in Abhängigkeit der Position der Betätigung ei nem der Bedienelemente zugeordnet, der zu der Bedieneinheit mit diesem zugeordneten Bedienelement gehörende Sollwert wird ermittelt. Eine derartige Ausführungsform kann beispielsweise in Fahrzeugen vorgesehen sein, bei der das Bedienelement als eine breite Betätigungsplatte ausgeführt ist, die sowohl die Funktion des Bremspedals als auch die Funktion des Gaspedals übernimmt. Die Platte kann sich dabei über eine erhebliche Breite erstrecken und auch Zonen aufweisen, denen keine Betätigung eines Bedienelements zugeordnet ist. Die Position der Betätigung des Bedienelementes, also die Position in der der Fuß des Fahrers auf die Betätigungsplatte einwirkt, entscheidet darüber welche der beiden Funktion, Bremspedal bzw. Verlangsamen der Fahrgeschwindigkeit (Vorgabe einer Verzögerung während der Betätigung) oder Gaspedal bzw. Erhöhen der Fahrgeschwindigkeit (Vorgabe einer Fahrzeugbeschleunigung) die Betätigung zugeordnet wird. Es wird dadurch bestimmt, welche Sollgröße aus der Betätigung abgeleitet wird. Dabei kann die Ermittlung der Sollgröße in einer den Bedienelementen gemeinsamen Auswerteeinheit oder aber in getrennten Auswerteeinheiten erfolgen. Das Bedienelement kann auch als ein Betätigungsplatte ausgebildet sein, die in Segmente unterteilt ist, wobei eine eineindeutige Zuordnung zwischen Segment und Bedienelement gegeben ist. Jedes der Segmente kann dabei für sich genommen eine Bedieneinheit eines Bedienelementes sein. Die Segmente können, abgesehen von der Unterbringung in einer gemeinsamen Betätigungsplatte, voneinander unabhängig sein.
• Ein erfindungsgemäßes Verfahren sieht vor, dass aus der Betätigung eines Bedienelements einer Bedieneinrichtung ein Sollwert ermittelt wird. Hierzu wird die in das Bedienelement eingeleitete Betätigungskraft durch einen Sensor erfasst. In einer Auswerteeinheit wird aus der erfassten Betätigungskraft ein Sollwert ermittelt. Dabei wird in dem Sensor die Betätigungskraft in unterschiedlichen Richtungen erfasst, in der Auswerteeinheit wird durch Vektoraddition der Summenvektor ermittelt, wobei der Summenvektor der Sollwertermittlung zugrundegelegt wird.
• Gemäß bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird der Sollwert insbesondere aus dem Betrag des Summenvektors ermittelt.
• Im übrigen ist die Erfindung auch anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt.
• 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung;
• 2a, 2b schematische Darstellungen der Ermittlung des Summenvektors bei unterschiedlichen Positionen des Bedienelementes; und
• 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung.
• Die 1 zeigt die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung 10. Die Bedieneinrichtung besteht im wesentlichen aus dem Bedienelement 15, das als flächige Platte ausgebildet ist. Das Bedienelement 15 weist den Sensor 16 auf, der die auf das Bedienelement 15 einwirkende Betätigungskraft erfasst. Dabei kann mit dem Sensor 16 insbesondere die Kraft Fn in Richtung der Normalen der flächigen Ausdehnung des Bedienelements 15 sowie die Kraft Fr in der weiteren Richtung, die in der Neigungsrichtung bzw. in etwa der Plattenebene des Bedienelementes 10 gegenüber dem Fahrzeugboden 11 verläuft, erfasst werden. Die Messergebnisse des Sensors 15 werden an die Auswerteeinheit 17 übermittelt, in der dann der Summenvektor Fs für die eingeleitete Betätigungskraft und daraus dann der Sollwert für die Größe, die der Bedieneinrichtung zugeordnet ist, ermittelt wird. In der dargestellten Ausführungsform ist die Auswerteeinheit unmittelbar am Bedienelement angeordnet, sie kann aber auch an anderer Stelle positioniert sein. Sie kann in das Bedienelement 15 integriert oder an anderer Stelle angeordnet sein. Dabei kann es sich bei der Auswerteeinrichtung 17 auch um eine Teilfunktion eines anderen Steuergerätes mit weiteren Aufgaben handeln.
• Das Bedienelement 15 ist als flächige Platte ausgebildet und in einer Schiene 12 längsverstellbar gegenüber dem Fahrzeugboden im Fußraum vor dem Fahrersitz eines Fahrzeugs angeordnet. Die Längsverstellung ermöglicht eine ergonomische Platzierung des Bedienelements bezüglich des Fahrers. Darüber hinaus ist das Bedienelement um die quer zum Fahrzeug verlaufende Achse 13 schwenkbar gehalten. Die 1 zeigt in durchgezogener bzw. strichpunktierter Darstellung die Bedieneinrichtung in zwei unterschiedlichen Stellungen, wie sie einstellbar sind.
• Die 2a bzw. 2b zeigt die sich in der linken bzw. der rechten der in 1 dargestellten Stellung ergebenden Messergebnisse des Sensors 16, der die eingeleitete Betätigungskraft Ff, die beispielsweise vom Fuß des Fahrers auf das Bedienelement 15 einwirkt, in den beiden dargestellten Richtungen Normal und in Richtung des Bedienelements 15 erfasst. Die Kraft Fn bzw. Fn' in Richtung der Normalen entspricht dabei dem, was gemessen würde, wenn der Sensor 17 nur in einer Messrichtung messen würde. Die in der weiteren Richtung gemessene Kraft Fr bzw. Fr' ist die Kraftkomponente die längs der Fläche des Bedienelementes 15, also in Richtung der Neigung des Bedienelementes 15 – quer zur Schwenkachse 13 – gegenüber dem Fahrzeugboden 11 verläuft.
• Aus dem Vergleich der beiden 2a und 2b erkennt man, dass aufgrund der unterschiedlichen Schwenkstellung um die Schwenkachse 13 bezüglich dem Fahrzeugboden bei gleicher eingeleiteter Betätigungskraft Ff unterschiedliche Kräfte Fn bzw. Fn' in der Normalenrichtung erfasst werden. Ist, wie in der gestrichelten Darstellung der 1 gezeigt und in der 2b von den Kräften her dargestellt, das Bedienelement flacher gegenüber dem Fahrzeugboden angestellt, als bei der in 1 durchgezogen gezeigten und in der 2a vektoriell veranschaulichten Positionierung, so ist die sich aus gleicher Betätigungskraft Ff ergebende Kraft Fn' in Normalenrichtung geringer als die Kraft Fn. Bei gleicher Betätigungskraft würden, wenn man die Betätigungskraft nur in einer Richtung erfasst, bei unterschiedlicher Stellung des Bedienelements 15 unterschiedliche Betätigungskraftwerte erfasst und somit abweichende Sollwerte ermittelt werden. Die abweichenden Sollwerte führen dann zu abweichendem Verhalten der gesteuerten Anlage, im Beispiel ein Fahrzeug. Somit ist ein Fahrer bei Verwendung unterschiedlicher Ausrichtungen des Bedienelements nicht in der Lage einen intuitiven Zusammenhang zwischen Betätigungskraft Ff und Fahrzeugverhalten zu erlernen.
• Wird aber, wie gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Betätigungskraft nicht nur in einer Richtung sondern auch in einer weiteren Richtung erfasst, so kann dieses ungleiche Verhalten vermieden werden. Es wird auch die Kraft Fr bzw. Fr' in der wenigstens einen weiteren Richtung erfasst. In der Auswerteeinheit 17 wird dann durch Vektoraddition der beiden Kräfte Fn und Fr bzw. Fn' und Fr' der Summenvektor Fs bzw. Fs' berechnet. Wie aus den 2a und 2b ersichtlich stimmt der Summenvektor in beiden Fällen überein. Eine gleiche Betätigungskraft Ff erzeugt also in beiden Fälle den gleichen Summenvektor Fs, Fs'. Wird nun der Summenvektor Fs oder dessen Betrag zur Ermittlung des Sollwertes herangezogen, so wird in beiden Fällen auch wieder der gleiche Sollwert ermittelt. Die intuitive Beziehung zwischen Betätigungskraft und Sollwert und sich daraus ergebender Wirkung bleibt also unabhängig von der Stellung des Bedienelements erhalten.
• Die 3 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Anordnung mehrerer Bedieneinrichtungen, deren Bedienelemente nebeneinander angeordnet sind und eine Bedieneinheit bilden. Bei dieser Anordnung ist ein Bedienelement 15 vorgesehen. Das Bedienelement 15 weist einen Sensor 16 auf, der über die zwei Betätigungszonen 21 und 22 hinweg die Betätigungskraft in mehreren Richtungen erfasst. Es wird ermittelt, in welcher der beiden Betätigungszonen 21 oder 22 die Betätigung des Bedienelementes der Bedieneinrichtung erfolgt. Das Signal des Sensors 16 wird der Auswerteeinheit 17 zugeführt. Dort wird zunächst der Summenwert ermittelt, danach wird abhängig davon, in welcher der beiden Betätigungszonen 21 bzw. 22 die Betätigung erfolgte, der entsprechende Sollwert S1 bzw. S2 ermittelt. Der Sollwert S1 bezieht sich dabei auf eine erste Größe, der Sollwert S2 auf eine zweite Größe. So kann beispielsweise die Betätigungszone 21 einer Bremsfunktion zugeordnet sein und der bei einer entsprechenden Betätigung des Bedienelements 15 in dieser Betätigungszone 21 zur Ermittlung eines Sollwertes S1 führen, der einen nachfolgend im Fahrzeug einzusteuernden Sollbremsdruck oder eine Sollverzögerung vorgibt. Der zweiten Betätigungszone 22 kann dabei die Funktion des Gaspedals zugeordnet sein, so dass bei einer Betätigung in dieser Betätigungszone 22 ein Sollwert S2 ermittelt wird, der ein Sollmotormoment oder eine Sollbeschleunigung vorgibt, die nachfolgend im Fahrzeug eingesteuert wird.
• Darüber hinaus kann bei dem Bedienelement 23 auch eine Ruhezone ausgebildet sein, auf der der Fuß des Fahrers abgestellt werden kann, ohne dass aus der Aufstützkraft ein Betätigungssollwert ermittelt wird.

Claims (13)

1. Bedieneinrichtung, mit einem Bedienelement, einem Sensor zum Erfassen der Betätigung des Bedienelementes und einer Auswerteeinheit zum Ermitteln eines aus der Betätigung des Bedienelementes abgeleiteten Sollwertes, wobei der Sensor eingeleitete Betätigungskräfte erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16) die auf das Bedienelement (15) in unterschiedlichen Richtungen einwirkenden Kräfte (Fn, Fr) erfasst, wobei der abgeleitete Sollwert (S1, S2) in Abhängigkeit aller erfassten Kräfte ermittelt wird.
2. Bedieneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienelement (15) als flächiges Element ausgebildet ist, wobei die einwirkende Kraft (Fn) in der Flächennormalen und die einwirkende Kraft (Fr) in wenigstens einer Richtung der durch das flächige Element gebildeten Ebene erfasst wird.
3. Bedieneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige Element gegenüber einer Bezugsebene (11) in einer Richtung geneigt ist, wobei wenigstens die Kraft (Fr) in Richtung der Neigung erfasst wird.
4. Bedieneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedieneinrichtung (10) in einem Fahrzeug angeordnet und vom Fahrer betätigbar ist.
5. Bedieneinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienelement (15) zur Vorgabe einer die Längsdynamik des Fahrzeuges beschreibenden Größe, wie Beschleunigung, Geschwindigkeit, Verzögerung dient.
6. Bedieneinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienelement fußbetätigbar ist.
7. Bedieneinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienelement (15) gegenüber dem Fahrzeugboden längsverschiebbar und um eine quer verlaufende Schwenkachse (13) schwenkbar ist.
8. Bedieneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienelement (15) beim Betätigen seine Lage gegenüber einem Halteteil (12), an dem die Bedieneinrichtung (10) angeordnet ist, unverändert beibehält.
9. Anordnung von Bedieneinrichtungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bedieneinrichtungen ein gemeinsames Betätigungselement (15) aufweisen, wobei die Position der Betätigung des Bedienelementes erfasst wird und in Abhängigkeit der Position der Betätigung einem der Bedieneinrichtungen zugeordnet wird und in einer Auswerteeinheit aus der Betätigung des Bedienelements ein Sollwert (S1, S2) für die entsprechende Bedieneinrichtung ermittelt wird.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement ein Platte ist, die Betätigungszonen (21, 22) aufweist, wobei eine eineindeutige Zuordnung zwischen Betätigungszone (21, 22) und zu ermittelndem Sollwert (S1, S2) gegeben ist.
11. Verfahren zur Ermittlung eines Sollwertes aus der Betätigung eines Bedienelements einer Bedieneinrichtung, wobei die in das Bedienelement eingeleitete Betätigungskraft durch einen Sensor erfasst und daraus in einer Auswerteeinheit ein Sollwert ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16) die auf das Bedienelement (15) in unterschiedlichen Richtungen einwirkenden Kräfte (Fn, Fr) erfasst, wobei durch Vektoraddition der Summenvektor (Fs) der einwirkenden Kräfte ermittelt und der Sollwertermittlung zugrundegelegt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert aus dem Betrag des Summenvektors (Fs) ermittelt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert (S1, S2) einer die Fahrzeugdynamik eines Fahrzeugs beschreibenden Größe, wie Geschwindigkeit, Beschleunigung, Verzögerung zugeordnet ist und aufgrund des ermittelten Sollwertes (S1, S2) Stelleingriffe im Sinne des Einsteuerns des Sollwertes (S1, S2) erfolgen.