Behindertengerechtes Fahrzeug
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug mit einer Steuerung entsprechend dem unabhängigen Anspruch. Spezifisch bezieht es sich auf ein behindertengerechtes Auto, das mit einem Lenk- und Bremseingabemodul ausgestattet ist, an welche verschiedene austauschbare Bedienelemente zum Lenken und Bremsen entsprechend dem Wunsch und dem Bedürfnis des Benutzers anbringbar sind. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Ausrüstung eines Fahrzeugs mit einem Steuerungssystem.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Eingabegeräten für rein elektrische Lenksysteme bekannt.
Insbesondere sind Lenksysteme bekannt, welche dem Fahrer eines Fahrzeuges Rückmeldungen über die Lenkkraft oder die Radposition geben. Dafür wurden so genannte Force-Feedback-Systeme entwickelt, welche diese Aufgabe erfüllen. Als Rückmeldegrösse kann entweder die effektiv am Lenkgetriebe erzeugte Lenkkraft, oder der effektive Radeinschlagswinkel verwendet werden. Die Rückmeldung kann insbesondere elektronisch, mechanisch oder hydraulisch erfolgen. Force Feedback wird neben dem Einsatz in Fahrzeugen auch bei Simulatoren oder Computerspielen eingesetzt. Die wichtigste Aufgabe der Force- Feedback-Systeme für bodengebundene Kraftfahrzeuge ist es, den Fahrer über den Strassenzustand, die Fahrzeugquerbeschleunigung und die Haftungsreserve der Räder zu informieren. Für die Anwendung in Fahrzeugen für körperbehinderte Menschen wird typischerweise ein so genannter Joystick oder Sidestick zur Eingabe eines Lenksignals verwendet.
Ein solches System ist beispielsweise aus EP 1 595 766 bekannt. Dabei wird ein Fahrzeug aufgrund der Betätigung eines Joysticks gelenkt. Über ein Reduktionsgetriebe wird das Lenksignal einem Potentiometer zugeführt, welches dann einen elektrischen Motor steuert. Dieser Motor ist über ein Getriebe mit der Lenksäule verbunden. Über mechanische Elemente wird die Drehbewegung in eine lineare Bewegung konvertiert. Die lineare Bewegung wird dann über Kabelstränge dem Joystick mechanisch zugeführt, so dass der Benutzer eine Rückmeldung der Bewegung erfährt. Nachteilig bei diesem System ist jedoch, dass es nicht auf den Benutzer einstellbar ist.
GB2314607 offenbart ein weiteres Lenksystem mit einem Joystick. Der Joystick kann in der Fahrzeug-Querachse bewegt werden. Über ein Fusspedal und einen Schwenkhebel kann das Fahrzeug beschleunigt oder verzögert werden. Ein am Joystick angebrachter Aktuator kann eine Reaktionskraft auf den Joystick ausüben. Nachteilig bei diesem System ist, dass der Fahrer das Fahrzeug mit den Händen und auch mit den Beinen steuern muss. Zudem kann der Joystick unbeabsichtigt betätigt werden, was sich negativ auf die Fahrsicherheit auswirkt.
WO2005120929 offenbart einen weiteren Joystick. Um eine Lenkbewegung auszuführen, kann der Joystick kreisförmig in einer Führung betätigt werden. Es ist ein Nachteil dieses Joysticks, dass der Benutzer den ganzen Arm bewegen muss, was insbesondere bei langen Fahrten Ermüdungserscheinungen beim Fahrer hervorruft.
Bei so genannten Vierwege-Joysticks ist die Handhabung für den Benutzer zudem sehr schwierig zu erlernen. Denn der Joystick muss nach vorne gedrückt werden, um das Fahrzeug zu beschleunigen und zudem muss der Joystick bei einer Kurvenfahrt noch nach rechts oder links bewegt werden. Dies ein Nachteil, denn es ist aufgrund unkontrollierter Bewegungen leicht möglich, mit einem Joystick dieser Art die Kontrolle über das Fahrzeug zu verlieren
Ein weiteres Problem mit Eingabegeräten des Standes der Technik ergibt sich aus den mechanischen Gegebenheiten, welche meist eine grosse Baugrösse erfordern.
Nachteilig bei den bekannt gewordenen Eingabehilfen ist zusätzlich, dass der Benutzer auf das vorgeschlagene Lenksystem, den eingebauten Joystick, etc. beschränkt ist. Aus diesem Grunde schlägt beispielsweise US200401 140145 eine gemeinsame Elektronik vor, an die verschiedene Lenksysteme angeschlossen werden können. Damit ist zwar die Modularität des Systems gegeben. Der Benutzer kann also aus einer Vielzahl von Lenksystemen das ihm am bequemsten scheinende auswählen und in sein Fahrzeug einbauen lassen. In diesem System wird jedoch die gesamte Einheit des Steuerungssystems ausgetauscht. Dies ist verhältnismässig aufwendig. Wenn sich der Benutzer also für ein anderes System entscheidet, gibt es keine einfache Möglichkeit, von einem Joystick auf ein Schieberegler oder ein Steuerrad umzuwechseln. Unter Umständen muss sogar der gesamte Sitz ausgetauscht werden. Lenkung und Bremsen können in diesem modularen System zusätzlich nur kombiniert ausgetauscht werden, was einen weiteren Nachteil in sich trägt. Der Benutzer, der zwar noch Lenken, aber nicht mehr bremsen kann (beispielsweise durch Behinderung der Beine), kann nur das Komplettsystem wählen, nicht nur ein Modul für die Bremse. Dadurch wird das System insgesamt teurer, aufwendiger und weniger attraktiver für Behinderte.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System anzubieten, welches einfacher als die bekannten Lenksysteme an die Bedürfnisse des Benutzers anpassbar ist.
Es ist ein anderes Ziel, ein System anzubieten, welches nachträglich in ein Fahrzeug eingebaut werden kann. Dies soll auch für nur eine der Primärfunktion Lenken und Bremsen gelten.
Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, ein Steuersystem eines Fahrzeugs zu schaffen, welches die Primärfunktion (Lenken, Bremsen) bei Ausfall von sicherheitskritischen Komponenten in jedem Fall gewährleistet.
Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, ein Eingabegerät bereitzustellen, welches mit variablem Kraftaufwand einfach und sicher bedienbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemässen Steuerung entsprechend den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäss wird dieses Ziel bei einem Fahrzeug mit einer Steuerung, das gekennzeichnet ist, durch
• ein Lenkeingabemodul mit einer mechanischen Schnittstelle, an die verschiedene austauschbare Bedienelemente zum Lenken des Fahrzeugs anbringbar sind, und mit mindestens einem Sensor, um die Bewegung des Bedienelements aufzunehmen, wobei das Lenkeingabemodul mit mindestens einem Lenkaktuator zur Ausführung des Lenkwunsches am Fahrzeug; und/oder
• ein Bremseingabemodul bestehend aus einer mechanischen Schnittstelle mit berührungslosen Sensoren, an die verschiedenen austauschbare Bedienelemente zum Bremsen anbringbar sind und mindestens einem Bremsaktuator zur Ausführung des Bremswunsches am Fahrzeug; und
• pro Lenkeingabemodul und/oder Bremseingabemodul mindestens ein Hauptkontroller vorhanden ist, um die Einstellung der individuellen Parameter betreffend Lenkwinkel und Geradeausstellung in Bezug auf ein bestimmtes der austauschbaren Bedienelemente zum Lenken des Fahrzeugs und/oder um die Einstellung der individuellen Parameter betreffend Bremsweg in Bezug auf ein bestimmtes der austauschbaren Bedienelemente zum Bremsen vorzunehmen.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur nachträglichen Ausrüstung eines Fahrzeugs mit dem erfindungsgemässen modularen Steuerungssystem.
Die Erfindung bezieht sich zusätzlich auf ein Verfahren zur Konfigurierung eines erfindungsgemässen Fahrzeugs, wobei der oder die Hauptkontroller über eine Schnittstelle mit einem externen Computer verbunden und konfiguriert werden, um die Einstellung der individuellen Parameter betreffend Lenkwinkel und Geradeausstellung in Bezug auf ein bestimmtes der verschiedenen austauschbaren Bedienelemente zum Lenken des Fahrzeugs und/oder um die Einstellung der individuellen Parameter betreffend Bremsweg auf ein bestimmtes der austauschbaren Bedienelemente zum Bremsen vorzunehmen.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf
Computerprogrammprodukt mit einem Softwarecode, der geeignet ist, auf einem Computer abzulaufen, um das erfindungsgemässe Verfahren zur Konfigurierung eines erfindungsgemässen Fahrzeugs durchzuführen.
Vorteilhaft ist es bei dem vorgeschlagenen System, dass an ein und derselben mechanischen Schnittstelle sowohl in Bezug auf das Eingabesystem Lenken als auch auf das Eingabesystem Bremsen unterschiedliche Bedienelemente anbringbar sind, ohne dass das sicherheitskritische elektrische und elektronische System geändert werden muss. Das System lässt es zu, dass benutzer- und bedienelementabhängige Fahrparameter wie linker und rechter Lenkanschlag, Geradeausstellung und Force-Feedback einstellbar sind.
Das erfindungsgemässe Steuerungssystem zeichnet sich zusätzlich dadurch aus, dass zwischen dem Lenk- und Bremseingabemodul und dem Lenk- und Bremsaktuator einschliesslich den dazwischenlegenden Umrichtermodulen nur eine elektrische oder elektronische, aber keine mechanische Verbindung vorhanden ist. Die Steuersignale zum Lenken und Bremsen müssen also alle elektronisch umgesetzt werden, bevor eine Ausführung an den Aktuatoren und dem Fahrzeug geschieht.
Das Gesamtsteuersystem verfügt vorteilhaft über eine so genannte heisse Redundanz, so dass mindestens zwei Systeme/Stränge für Lenken und mindestens zwei Systeme/Stränge für Bremsen immer gleichzeitig aktiv sind. Beim Ausfall eines Systems ist das andere für die
Erhaltung der Grundfunktion zuständig. Das Gesamtsteuersystem erkennt über 99% aller Fehler und führt in diesem Fall das Fahrzeug in den sicheren Zustand. Als sicherer Zustand gilt bei den Primärfunktionen Lenken und Bremsen der Erhalt der Funktionalität. Das Gesamtsteuersystem beinhaltet eine Architektur, welche über einen gemeinsamen Kommunikationsbus alle Fehler der Subsysteme dem Gesamtsystem mitteilt. Das Gesamtsteuersystem beinhaltet eine Architektur, welche eine diskrete Verkabelung von den austauschbaren Bedienelementen zu den Aktuatoren in den Subsystemen beinhalten kann. Die Modularität bleibt also auch hier erhalten.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren näher erläutert, wobei zeigen
Fig. 1 eine Gesamtansicht des erfindungsgemässen Systems;
Fig. 2a-e ein Lenkeingabemodul (Fig. 2a) und verschiedene
Bedienelemente des Lenksystems (Fig. 2b-e), die von den
Benutzern verwendet werden können; Fig. 3a-c ein Bremseingabemodul mit berührungslosen Sensoren (Fig.
3a), ein Bremsschieber (Fig. 3b) und eine Wippe (Fig. 3c); Fig. 4 eine Ansicht des Sekundarmoduls mit Touchpanels oder
Tastern und Fig. 5 eine Gesamtansicht einer erfindungsgemässen Steuerung in einem Fahrzeug.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Menschen, welchen die Bedienung eines Strassenfahrzeugs mittels eines Lenkrads und Pedalen nicht möglich ist, gibt das erfindungsgemässe Steuerungssystem die Möglichkeit, das
erfindungsgemässe Fahrzeug über ein austauschbares Benutzerinterface zu lenken. Das erfindungsgemässe System ist modular aufgebaut und umfasst verschiedene Module, die im Einzelnen erläutert werden. Ausgegangen wird von einem PKW, der normal mit Lenkrad und Lenksäule und einem Gas- und Bremspedal ausgestattet ist. Im Rahmen der Erfindung ist eine Lenksäule und ein Gas- und Bremspedal nicht unbedingt erforderlich. Die einzelnen Module, die nachträglich und einzeln in das Fahrzeug oder den PWK eingebaut werden können, werden in Bezug auf die Fig. 1 näher erläutert.
Lenksvstem 1
Ein Lenkeingabemodul 1 1 ist mit einer mechanischen Schnittstelle ausgestattet, an die verschiedene austauschbare Bedienelemente 12 zum Lenken des Fahrzeugs anbringbar sind. Wie in den Fig. 2a-e sichtbar ist, sind im Rahmen der Erfindung als austauschbare Bedienelemente 12 zum Lenken des Fahrzeugs ein oder mehrere Joysticks
121 (Fig. 2b), einem Fingerjoystick, einem Motorrad- oder Zweiradlenker
122 (Fig. 2c), eine Fussplatte 123 (Fig. 2d), ein Minilenkrad 124 (Fig. 2e) oder eine Kniehebellenkung denkbar. Ist ein Joystick 121 vorhanden, kann die Drehachse in der Mitte des Joysticks bzw. durch das Handgelenkzentrum in der Verlängerung des Arms liegen (vgl. Fig. 2b). Dies dient der einfacheren Handhabung. Ein Fingerjoystick weist die Drehachse unterhalb der Handauflage auf. Weitere Bedienelemente 12 sind grundsätzlich denkbar. In einer weiteren Ausführungsform sind zwei Joysticks 121 vorhanden, wobei ein erster Joystick 121 mit dem Lenkeingabemodul 1 1 über die erwähnte mechanische Schnittstelle vorhanden ist und der andere mit dem ersten Joystick über ein Gestänge 125 verbunden ist (vgl. Fig. 5). Der Weg eines einzelnen Bedienelements 12 zur oder bei der Steuerung des Fahrzeugs ist jeweils unterschiedlich. Ein Minilenkrad 124 kann in mehrere Umdrehungen pro Richtung gedreht werden, der Joystick nur ein Paar Grad, etc. Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Bedienelemente 12 mit den rechten, dem linken oder mit beiden Armen/Händen bedient werden können.
Die Bewegung des austauschbaren Bedienelements 12 wird mit mindestens einem Sensor 111a,b aufgenommen, der das Signal an einen Aktor 112 weitergibt. Der Sensor 111 a,b und der Aktor 112a,b sind im Lenkeingabemodul 11 vorhanden. Das Lenksystem 1 verfügt vorteilhaft sowohl über eine redundante Sensorik zur relativen inkrementellen Positionserfassung als auch über eine redundante Sensorik zur absoluten Positionserfassung.
Lenkt der Benutzer das Fahrzeug, wirkt eine Kraft auf die Bedienelemente 12 und diese weichen von einer Sollposition ab. Zwischen dem Lenkeingabemodul 11 und einem Ausgabemodul 14 mit einem Lenkaktuator 142a,b ist ein Umrichtermodul 13a,b vorhanden, welches ein Hauptkontrollerboard 131a,b und einen Umrichter 132a,b enthält. Die Abweichung der Bedienelemente 12 von der Sollposition wird an das Hauptkontrollerboard 131a,b weitergegeben und dieses generiert daraus eine Drehmomentvorgabe für (Lenk-)Aktuatoren 142a,b an der Lenksäule 15. Zur Regelung des Drehmoments wird das Drehmoment durch zusätzliche Sensoren 141a,b erfasst und mit der Vorgabe abgeglichen.
Das Lenkeingabemodul 11 wirkt auf eine bestehende Lenksäule 15 und wird direkt hinter dem Lenkrad 16 eingebaut. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Fahrzeug mit den bestehenden Pedalen und dem Lenkrad weiterhin bedient werden können soll. Es ist aber für die Erfindung nicht unbedingt notwendig. Vielmehr können die Aktuatoren 142a,b des Lenksystems 1 direkt auf den Lenkmechanismus einwirken.
Die Sensorik und die Aktorik, welche für das Lenken zuständig ist, werden aus Sicherheitsgründen redundant geführt. Im gegebenen Ausführungsbeispiel wird diese zweistrangig geführt (Strang mit den Elementen 111a, 112a, 131a, 132a, 141a, 142a und Strang mit den Elementen 111 b, 112b, 131 b, 132b, 141 b, 142b), die Anzahl der Stränge wird aber vom Einzelfall abhängen. Es werden pro Strang dabei vorteilhaft jeweils zwei Sensoren 111a und zwei Sensoren 111 b vorhanden sein. Im Fehlerfall ist somit immer mindestens ein Lenkmotor / Lenkaktuator 142a, b in der Lage, ein Lenkmoment zu erzeugen, welches dem Lenkwunsch des Fahrers entspricht. Der fehlerhafte Strang muss dabei in der Lage sein, den
Fehler zu erkennen und sich selbst abzuschalten. Die Umrichtermodule 13a,b verfügen damit über eine Eigendiagnose. Das oder die Umrichtermodule 13a,b befinden sich im Fahrzeugsinneren nahe dem Lenkeingabemodul 1 1.
Ein Force-Feedback-System überträgt die Kraft der Räder zurück zum austauschbaren Bedienelement 12. Die Aktorik, welche für das Feedback zuständig ist, wird nicht redundant ausgeführt. Es muss jedoch dafür gesorgt werden, dass im Fehlerfall reagiert, d.h. ausgeschaltet wird. Das Feedback erfolgt im Lenkeingabemodul 1 1 durch eine Bremse in der Form eines Anschlags und aktiv durch einen Motor. Bremse und Motor werden je von einem Kanal, basierend auf den für die Lenkfunktion benötigten Messgrössen angesteuert. Dem Motor wird proportional zur Abweichung der Bedienelemente 12 von Sollwert ein Drehmoment vorgegeben. Im Lenkeingabemodul 1 1 wirkt die Bremse als Anschlag, wenn die maximale SollVIst-Abweichung erreicht wird. Das Lenksystem 1 verfügt zusätzlich über eine Übersteuerungsrückmeldung mittels alternierender haptischer Signale.
Um den begrenzten Weg an den Bedienelementen 12 optimal nutzen zu können, ist die Wegübersetzung von dem Bedienelement 12 zur Lenksäule 15 geschwindigkeitsabhängig. Zu diesem Zweck werden zwei oder mehrere zusätzliche Geschwindigkeitssensoren ins Fahrzeug eingebaut, welche in der Lage sind, die Fahrzeuggeschwindigkeit redundant zu messen. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs kann durch Drehzahlsensoren an einer Antriebswelle erfasst werden.
Bremssystem 2
Das Bremseingabemodul 21 bestehend aus einer mechanischen Schnittstelle mit einem oder mehreren berührungslosen Sensoren 21 1a,b, an die austauschbare Bedienelemente 22 zum Bremsen und zum Gasgeben anbringbar sind. Als austauschbare Bedienelemente 22 zum Bremsen und Gasgeben können ein Gas/Bremsschieber 221 (Fig. 3b) oder ein
Kipphebel/Wippe 222 (Fig. 3c) oder ein Daumenknopf vorhanden sein. Andere geeignete Bedienelemente 22 sind im Rahmen der Erfindung denkbar. Das Bedienelement 22 kann über einen oder mehrere Druckpunkte für Gas/Bremse verfügen, was einen fliessenden Übergang und eine angenehmere Bedienung für den Benutzer ermöglicht.
Das Bremseingabemodul 21 kann auf ein vorhandenes Bremspedal 25 über mindestens einen Bremsaktuator 242a, b eines Ausgabemoduls 24 wirken. Im Bremseingabemodul 21 wird der Bremswunsch des Benutzers erfasst. Durch Ausüben einer Kraft wird über die Bremsaktuatoren 242a,b des Ausgabemoduls 24 ein Bremsdruck erzeugt, welcher dem Bremswunsch entspricht. Zur Regelung des Bremsdrucks wird der Druck in den hydraulischen Leitungen der Bremsanlage durch zusätzliche Sensoren 241 a,b erfasst. Es ist natürlich möglich, dass der Aktuator 242a,b eine Kraft nicht auf das Bremspedal ausübt, sondern auf andere Weise beispielsweise direkt auf die Bremsscheibe, etc.
Zwischen dem Bremseingabemodul 21 mit der mechanischen Schnittstelle und dem Ausgabemodul 24 mit den Sensoren 241a, b und dem Bremsaktuator 242a,b ist ein Umrichtermodul 23a,b vorhanden, welches ein Hauptkontrollerboard 231 a,b und einen Umrichter 232a,b enthält. Das Umrichtermodul 23a,b erfüllt mit dem Umrichter 232a,b eine Drehmomentenregelung eines Aktuators 242a, b.
Die Sensorik und die Aktorik, welche für das Bremsen zuständig ist, werden aus Sicherheitsgründen ebenfalls redundant geführt. Im gegebenen Ausführungsbeispiel wird diese zweistrangig geführt (ein Strang mit den Elementen 21 1a, 231a, 232a, 241a, 242a und ein Strang mit den Elementen 211 b, 231 b, 232b, 241 b, 242b), die Anzahl der Stränge wird aber vom Einzelfall abhängen. Es werden pro Strang a/b dabei vorteilhaft jeweils zwei Sensoren 211 a und zwei Sensoren 21 1 b vorhanden sein. Der fehlerhafte Strang muss dabei in der Lage sein, den Fehler zu erkennen und sich selbst abzuschalten. Im Fehlerfall ist somit immer mindestens ein Bremsaktuator 242a,b in der Lage ein Bremsmoment zu erzeugen, welches dem Bremswunsch des Fahrers entspricht. Das oder die Umrichtermodule
23a,b befinden sich im Fahrzeugsinneren nahe dem Bremseingabemodul 21.
Eine Ausnahme bilden die Drucksensoren in den hydraulischen Leitungen der Bremsanlage. Diese sind nur einfach ausgeführt. Bei fehlerhaften Bremsdrucksensoren 241 a,b wird anstelle der Regelung des Bremsdrucks auf die Steuerung der Drehmomente der Bremsmotoren und somit der Kraft am Bremspedal 25 gewechselt.
Die Bremsdruckregelung kann ebenfalls geschwindigkeitsabhängig erfolgen, um die Dosierbarkeit der Bremse bei tiefer Fahrzeuggeschwindigkeit zu verbessern. Zu diesem Zweck werden die oben für das Lenkmodul erwähnten Geschwindigkeitssensoren ins Fahrzeug eingebaut, welche in der Lage sind, die Fahrzeuggeschwindigkeit redundant zu messen.
Das Bremssystem 2 wird über eine Kraftrückmeldung verfügen, die es dem Benutzer ermöglich, die Bremskraft zu spüren.
Das Lenk- und das Bremseingabemodul 1 1, 21 können in unterschiedliche mechanische Module eingebauten werden. In einer besonderen Ausführungsform befindet sich beide Module - Lenk- und Bremseingabemodul 1 1, 21 - jedoch in einem einzigen Modul. Es ist dabei denkbar, den erwähnten Kipphebel/die Wippe 222, der zum Bremsen/Gasgeben verwendet wird, benutzerfreundlich in einen Joystick 121 zu integrieren. Die berührungslosen Sensoren 21 1a,b erfassen die Position des Kipphebels und geben diesen an die erwähnten Bremsaktuatoren 241 a,b weiter. Wenn es sich um das oben erwähnte Ausführungsbeispiel mit zwei Joysticks 221 handelt, wird der eine Joystick 221 mit dem Modul 1 1 mechanisch verbunden sein und der andere mit dem Kipphebel 222 ausgestattet sein. Der zweite Joystick ist lediglich mit dem ersten Joystick über das Gestänge 125 verbunden (vgl. Fig. 5). In diesem zweiten Joystick kann jedoch ein Schalter zur Ausübung der Sekundärfunktionen enthalten sein.
Modul 3 für Sekundärfunktionen 38
Das Modul 3 für Sekundärfunktionen 38 umfasst Funktionen wie Licht, Scheibenwischer, Blinker, Gas 34, Handbremse 35, Schaltung 36, Automatikgetriebe, Zündung, Anlasser, andere Eingänge/Ausgänge 37, etc. Das Modul 3 für Sekundärfunktionen 3 kann aus einem Touchscreen 31 bestehen. Für Personen, die den Touchscreen 31 nicht bedienen können, steht eine Schnittstelle über einen oder mehrere Taster 31 1 zur Verfügung (Fig. 4). Dort können entweder drei Taster 31 1 oder der erwähnte Kipphebel/Wippe 312 angeschlossen werden. Wie weiter oben erwähnt, kann der Kipphebel 312 in einem zweiten Joystick 221 eingebaut sein, welcher über ein Gestänge 125 mit dem ersten Joystick 221 verbunden ist. Mit Hilfe der Taster 31 1 oder 312 kann man alle Funktionen auf dem Touchscreen bedienen, im Sinne der Funktionen hoch scrollen, herunter scrollen, auswählen. Das Display befindet sich im Sichtfeld des Fahrers. Andere Arten der Eingabe für die Sekundärfunktionen sind denkbar, so zum Beispiel Wippen, frei positionierbare Schalter, etc.
Das Modul 3 für die Sekundärfunktionen 38 umfasst das Alarmmodul 33. Das Alarmmodul 33 besteht aus einem Hauptkontrollerboard 331 und einer Anzeige 332. Die Anzeige 332 kann in das Touchpanel integriert sein und optische und/oder akustische Signale abgeben (vgl. Fig. 1 oder 4). Die Anzeige zeigt jeden Ausfall detailliert mit einem Fehlerbeschrieb an. Im Falle des eigenen Ausfalls führt dies zu einer Eigenfehleranzeige. Die Anzeige weist eine graphische Darstellung der Navigation und der Bedienung der Sekundärfunktionen auf.
Enerqiemodul 32
Das Energiemodul 32 umfasst ein Hauptkontrollerboard 321 und eine zusätzliche Batterie 322. Die Energieversorgung basiert auf dem Bordnetz des Fahrzeugs. Der Alternator stellt bei laufendem Motor die Versorgung des Fahrzeugs und der Lenkung durch die genannten Module sicher. Bei Ausfall des Fahrzeugsbordnetzes wird die Energieversorgung durch die zusätzliche Batterie 322, eine so genannte Backup-Batterie, sichergestellt. Dies kann bis zum Anhalten des Fahrzeugs geschehen. Um
die Energieversorgung fehlertolerant zu gestalten, wird sie in zwei System getrennt. Das Energiemodul 32 überwacht Primär- (Fahrzeugbordnetz) und Sekundärenergie (Backupbatterie 322). Zwischen dem Fahrzeugnetz und dem Backupnetz befindet sich eine Diode. Sie verhindert den Stromfluss vom Backupnetz zum Fahrzeugnetz, was zu einem Entladen der Backupbatterie führen könnte. Eine Sicherung in der Verbindung zwischen Fahrzeugbordnetz und Backupnetz verhindert eine negative Beeinflussung des Fahrzeugbordnetzes bei einem Kurzschluss im Backup-Netz. Der Ladezustand der Backup-Batterie 322 wird bei jedem Systemstart durch das Energiemodul 32 ermittelt, um sicherzustellen, dass die Backupbatterie 322 bei Bedarf verwendet werden kann. Dies kann beispielsweise mittels einem Pulstest geschehen. Die Backup-Batterie befindet sich im Fahrzeugsinneren nahe dem Lenkeingabemodul 11.
Hauptkontrollerboards 131a,b, 231a,b, 321, 331
Die Hauptkontrollerboards 131a,b, 231a,b, 321, 331 sind über den gemeinsamen Bus 43 für einen vertikalen Informationsaustausch untereinander verbunden. Das Gesamtsteuersystem beinhaltet eine Architektur, welche über den Kommunikationsbus 43 alle Fehler der Subsysteme (Lenk- und Bremssystem 1, 2, Modul 3 für Sekundärfunktion 38 inkl. Energiemodul 32 und Alarmmodul 33) dem Gesamtsystem mitteilt.
Alle erwähnten Hauptkontrollerboards 131a,b, 231a,b, 231, 321, 331 sind identisch in den verschiedenen Modulen einsetzbar. Die Hauptkontrollerboards bestehen aus einem zertifizierten Hauptkontroller, einem Watchdogkontroller zur Überwachung des Hauptkontrollers, einem EEPROM, Eingängen für einen Inkrementaldecoder und aus einem Unterspannungsabschaltest. Diese Hauptkontrollerboards 131a,b, 231a,b, 321, 331 sind frei programmierbar und verfügen über sicherheitstaugliche Schnittstellen.
Die Hauptkontrollerboards 131a,b, 231a,b, 321, 331 überführen im Fehlerfall einer sicherheitskritischen Primärfunktionen wie Bremsen,
Lenken das Fahrzeug in einen sicheren Zustand, wobei alle Fehler mit mehr als 99% Wahrscheinlichkeit erkannt werden. Als statistisch relevante Fehler eines Motors können beispielsweise Wickelkurzschluss, Windungskurzschluss oder Fehler in der Hallsensorik, etc. auftreten. Diese Fehler über den Zustand des Motors werden von den Hauptkontrollerboards 131 a,b, 231 a,b, 321, 331 in Echtzeit beruhend auf dem Motorenmodell erkannt.
Die Software der Hauptkontrollerboards 131 a,b, 231 a,b, 321, 331 besteht aus einer Diagnosesoftware auf dem Hauptkontroller, einer Funktionssoftware und einer Watchdogsoftware auf dem Watchdogkontroller. Die Diagnosesoftware, die auf jedem Hauptkontrollerboard 131 a,b, 231 a,b, 321, 331 identisch vorhanden ist, ist für die Mikrokontrollerdiagnose zuständig. Die Funktionssoftware weist funktionsspezifische Eigenschaften und Parameter für Lenken, Bremsen Energie- und Informationsmanagement auf. Watchdogsoftware ist auf jedem Watchdogkontroller ebenfalls identisch vorhanden und somit modular. Die eingesetzte Software erkennt automatisch die Systemkonfiguration Bremse/Lenkung und die dazugehörigen Parameter.
Das Gesamtsteuersystem beinhaltet eine Architektur, welche eine diskrete Verkabelung von den austauschbare Bedienelementen 12, 22 zu den Subsystemen beinhalten kann. Die Verkabelung des Bremssystems und des Lenksystems ist aufteilbar, er kann nur als Brems- oder als Lenkstrang oder als gemeinsamer Brems- und als Lenkstrang ausgeführt werden. Die Modularität des erfindungsgemässen Steuerungssystems bleibt somit komplett erhalten. Das Gesamtkontrollsystem bzw. die Hauptkontrollerboards 131a,b, 231a,b, 321, 331 erkennen die Kabelstrangführung.
Das erfindungsgemässe Steuerungssystem zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem Lenk- und Bremseingabemodul 1 1, 21 und dem Lenk- und Bremsaktuator 142a,b, 242a,b (einschliesslich den dazwischenlegenden Umrichtermodulen 13a,b, 23a, b) nur eine elektrische oder elektronische, aber keine mechanische Verbindung vorhanden ist. Es handelt sich also um ein Drive-by-Wire-System. Die Steuersignale zum
Lenken und Bremsen müssen also alle elektronisch umgesetzt werden, bevor eine Ausführung an den Aktuatoren geschieht.
Externe Konfiguration
Da verschiedene Bedienelemente vorhanden sein können, umfasst die vorliegende Erfindung mindestens einen externen PC 41 mit einer Servicesoftware 4. Die ermöglicht die Einstellung bzw. Konfigurierung der individuellen Parameter betreffend Lenkwinkel und Geradeausstellung in Bezug auf ein bestimmtes Bedienelement zum Lenken des Fahrzeugs, welches der Benutzer verwenden möchte, und die Einstellung der individuellen Parameter betreffend Bremsweg in Bezug auf ein bestimmtes austauschbares Bedienelement zum Bremsen, welches der Benutzer ebenfalls verwenden möchte. Zur Konfigurierung der Hauptkontrollerboards der Umrichtermodule 13, 23 sowie des Alarm- und des Energiemoduls 32, 33 sind diese über einen Servicestecker 42 und den Kommunikationsbus 43 mit dem externen Rechner oder Personalcomputer PC 41 verbindbar. Auf dem Personalcomputer 41 läuft der zur Konfigurierung geeignete Service-Manager.
Die Erfindung bezieht sich zusätzlich auf ein Verfahren zur Konfigurierung eines erfindungsgemässen Fahrzeugs, wobei der oder die Hauptkontroller 131a,b, 231a,b, 321, 331 mit dem externen Computer 41 verbunden und konfiguriert werden, um die Einstellung der individuellen Parameter betreffend Lenkwinkel und Geradeausstellung in Bezug auf ein bestimmtes der verschiedenen austauschbaren Bedienelemente 12 zum Lenken des Fahrzeugs und um die Einstellung der individuellen Parameter betreffend Bremsweg auf ein bestimmtes der austauschbaren Bedienelemente 22 zum Bremsen vorzunehmen. Auch die Einstellung der Force- Feedbackkraft ist möglich.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf Computerprogrammprodukt mit einem Softwarecode, der geeignet ist, auf
einem Computer 41 abzulaufen, um das erfindungsgemässe Verfahren zur Konfigurierung durchzuführen.
Die Figur 5 zeigt eine Gesamtansicht einer erfindungsgemässen Steuerung in einem Fahrzeug mit einem Modulträger 50. Der Modulträger 50 besteht aus einem Baugruppenträger 51 (engl, rack) und mindestens einem Schwenkarm 52. Der Baugruppenträger 51 stellt eine gemeinsame Positionierung sowie eine Verpackung aller Elektronikmodule des Gesamtsystems und eine zentrale mechanische Anbindung an das Fahrzeug dar. Der Schwenkarm 52, der als Trägerelement zur Befestigung der Eingabemodule 1 1, 21 sowie der austauschbaren Bedieneinheiten 12, 22 dient, ist individuell auf die Bedürfnisse des Fahrers einstellbar. Der Schwenkarm 52 ist durch einfache Manipulation des Fahrers demontierbar, so dass das Fahrzeug mit oder ohne das erfindungsgemässe Gesamtsteuersystem fahrbar ist. Der Schwenkarm 52 schaltet das Gesamtsteuersystem automatisch ein, wenn er sich in Fahrerposition befindet.
Vorteilhaft in dem vorgeschlagenen System ist, dass an ein und derselben mechanischen Schnittstelle sowohl in Bezug auf das Eingabesystem Lenken als auch auf das Eingabesystem Bremsen unterschiedliche Bedienelemente anbringbar sind, ohne dass das sicherheitskritische elektrische/elektronische System geändert werden muss. Der Benutzer kann das für ihn bequemste oder am einfachsten zu bedienende Bedienelement auswählen und die Elektronik kann danach über die Servicesoftware konfiguriert werden. Das System lässt es zu, dass benutzer- und bedienelementabhängige Fahrparameter wie linker und rechter Lenkanschlag, Geradeausstellung und Force Feedback einstellbar sind.
Das vorgestellte Gesamtsteuersystem und die erwähnten Module dienen zum nachträglichen Einbau in Personenkraftfahrzeuge (PKW). Vorhandene Lenkanlagen (Lenksäule, Steuerrad) und Pedale (Gas, Bremse, Kupplung, Blinker, etc.) können bestehen bleiben, so dass das Fahren mittels des bestehenden Lenkrads und der Pedale weiterhin möglich ist. Es ist weiter im Rahmen der Erfindung möglich, dass nur das Lenksystem 1
oder nur das Bremssystem 2 verwendet und in das Fahrzeug eingebaut wird. Behinderte, die zwar noch Steuern aber nicht mehr bremsen können (oder umgekehrt), können so nur ein Modul (Lenksystem 1 oder Bremssystem 2) verwenden und zusätzlich ein bestehendes Bremspedal 25 oder ein vorhandenes Lenkrad 16 weiter nutzen. Da dass erfindungsgemässe System modular aufgebaut ist, bietet es die Möglichkeit, in zukünftigen Entwicklungsschritten um weitere Module ergänzt und erweitert zu werden, zum Beispiel bei weiter fortschreitender Behinderung mit einem Lenk- oder Bremssystem 1, 2 zusätzlich zum bestehenden System, etc..
Behinderte und nicht-behinderte Menschen können also das Auto nebeneinander nutzen, ohne dass Umbauten notwendig sind. Die Lenkung und das Bremsen sowie die Schalter zur Bedienung der Sekundärelemente sind so im Fahrzeug eingebaut, dass sie durch den Fahrer optimal bedient werden können. Die vorgeschlagene Lösung mit dem Schwenkarm 52 ermöglicht dieses auf einfache Weise.
Bezugszeichenliste
Lenksystem
Lenkeingabemodul 1 a,b Sensor 2a,b Aktor
Austauschbares Bedienelement 1 Joystick 2 Motorradlenker 3 Fussplatte 4 Minilenkrad 5 Gestänge a,b Umrichtermodul 1 a,b Hauptkontrollerboard 2a,b Umrichter
Ausgabemodul 1 a,b Sensor 2a,b Aktor, Aktuator
Lenksäule
Steuerrad
Bremssystem
Lenkeingabemodul 1 a,b Berührungslosen Sensoren
Austauschbares Bedienelement 1 Schieber 2 Kipphebel/Wippe a,b Umrichtermodul 1 a,b Hauptkontrollerboard 2a,b Umrichter
Ausgabemodul 1 a,b Sensor 2a, b Aktor, Aktuator
Bremspedal
Modul für Sekundärfunktionen
Touchpanel 1 Taster 2 Wippe für Sekundärfunktionen
Energiemodul 1 Hauptkontrollerboard 2 Zusätzliche Batterie
Alarmmodul 1 Hauptkontrollerboard 2 Anzeige
Gas
Handbremse
Schaltung
Andere Eingänge / Ausgänge
Sekundärfunktionen
Servicesoftware externer Computer
Servicestecker
CAN-Bus, Kommunikationsbus
Modulträger
Baugruppenträger
Schwenkarm