DE102016015000A1

DE102016015000A1 - Vorrichtung zum Lenken eines Fahrzeugs und Verwendung einer solchen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102016015000A1
Application number: DE102016015000.9A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Ensslin
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2017-05-18

Abstract

Eine Vorrichtung dient der Erfassung eines Lenkradwinkels eines Fahrzeugs und umfasst ein Lenkrad (1) und ein Lenkradsteuergerät (2). Erfindungsgemäß ist im Lenkrad (1) ein Beschleunigungssensor (3) zur Detektion einer Lenkwinkelbeschleunigung angeordnet, wobei der Beschleunigungssensor (3) ein internes Siliziumpendel aufweist, welches sowohl durch eine Lenkwinkelbeschleunigung als auch durch eine Neigung des Beschleunigungssensors (3) auslenkbar ist. Bei einer Verwendung dieser Vorrichtung wird der Beschleunigungssensor (3) als Neigungssensor zur Bestimmung einer Lage des Lenkrades (1) zu dessen lotrechter Montage verwendet, wobei der Beschleunigungssensor (3) für eine elektronische Lenkrad-Wasserwaagen-Funktion verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lenken eines Fahrzeugs, welche ein Lenkrad und ein Lenkradsteuergerät umfasst. Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung einer derartigen Vorrichtung.
Im Stand der Technik sind Vorrichtungen zum Lenken eines Fahrzeugs, welche ein Lenkrad und ein Lenkradsteuergerät umfassen, sowie deren Verwendung bekannt.
Es ist bekannt, für eine lotrechte Montage des Lenkrads eine separate, externe Lenkradwasserwaage zu verwenden.
Außerdem sind im Stand der Technik gattungsgemäße Vorrichtungen bekannt, die für eine Fahrerhand-am-Lenkrad-Erkennung dienen. Dabei wird ein durch Fahrerhände am Lenkrad erzeugtes Gegendrehmoment detektiert.
Aus WO 2005/005182 A1 ist ein Verfahren zur Kompensation von Störungen eines Kraftfahrzeugs bekannt, das mit einem Lenkradwinkelsensor ausgestattet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Vorrichtung der eingangs genannten Art und ein verbessertes Verwendung der eingangs genannten Art anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch eine Verwendung mit den in Anspruch 3 angegebenen Merkmalen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Vorrichtung zum Lenken eines Fahrzeugs umfasst ein Lenkrad und ein Lenkradsteuergerät. Erfindungsgemäß ist im Lenkrad ein Beschleunigungssensor zur Detektion einer Lenkwinkelbeschleunigung angeordnet, wobei der Beschleunigungssensor ein internes Siliziumpendel als seismische Masse aufweist, welches sowohl durch eine Lenkwinkelbeschleunigung als auch durch eine Neigung des Beschleunigungssensors auslenkbar ist.
Das Lenkrad einer derartigen Vorrichtung ist besonders einfach lotrecht montierbar, da sein Beschleunigungssensor auf besonders einfache Weise als Neigungssensor zur Bestimmung einer Lage des Lenkrades zu dessen lotrechter Montage verwendbar ist, wobei der Beschleunigungssensor für eine Lenkrad-Wasserwaagen-Funktion verwendet wird.
Dadurch gelingt auf einfache Weise eine Automatisierung der lotrechten Lenkradmontage bei einer Fahrzeugproduktion. Insbesondere kann dabei ein manueller Produktionsarbeitsschritt zum Einsatz einer Lenkradwaage entfallen. Zudem ist ein gesondertes externes Messgerät als eine oder für eine Lenkradwaage bereits in der Fahrzeugproduktion entbehrlich.
Besonders bevorzugt erfolgt eine Integration eines Drehratensensors und eines Beschleunigungssensors auf Mikrosystemtechnik-Basis, die auch als MEMS bezeichnet wird, in ein elektronisches Lenkradsteuergerät, das auch als Lenkradelektronik bezeichnet wird. Dadurch ist eine elektronische Lenkrad-Wasserwaage, die auch als Lenkradwaage bezeichnet wird, auf einfache Weise im Lenkrad angeordnet. Besonders bevorzugt wird dazu ein Inertialsensor in System-on-Chip – Ausführung verwendet. Ein derartiger Inertialsensor ist aufgrund seiner geringen Baugröße und seiner geringen Bauteilkosten besonders vorteilhaft.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für eine Detektion verwendbar, ob sich Fahrerhände am Lenkrad befinden. Eine derartige Detektion wird auch als hands on wheel detection oder als HOWD bezeichnet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zudem als Sensor für einen Fahreraufmerksamkeits-Assistenten und/oder einen Einschlafwarner verwendbar.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist außerdem als Sensor für Lenkradwinkel, Lenkradwinkelgeschwindigkeit und Lenkradwinkelbeschleunigung mit definierten Sicherheitsanforderungen gemäß vorgebbarer Sicherheitsrisikoklassen verwendbar.
Eine besondere Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass im Lenkrad ein Drehratensensor zur Detektion einer Lenkwinkelgeschwindigkeit angeordnet ist.
Erfindungsgemäß wird die Vorrichtung derart verwendet, dass der Beschleunigungssensor als Neigungssensor zur Bestimmung einer Lage des Lenkrades zu dessen lotrechter Montage verwendet wird. Dabei wird der Beschleunigungssensor für eine Lenkrad-Wasserwaagen-Funktion verwendet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1 zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Erfassung eines Lenkradwinkels für ein Fahrzeug, welche ein Lenkrad 1 und ein Lenkradsteuergerät 2 umfasst. Im Lenkrad 1 ist ein Beschleunigungssensor 3 zur Detektion einer Lenkwinkelbeschleunigung angeordnet. Der Beschleunigungssensor 3 weist ein internes Siliziumpendel auf, welches sowohl durch eine Lenkwinkelbeschleunigung als auch durch eine Neigung des Beschleunigungssensors 3 auslenkbar ist. Im Lenkrad 1 ist außerdem ein optionaler Drehratensensor 4 zur Detektion einer Lenkwinkelgeschwindigkeit angeordnet. Der Beschleunigungssensor 3 und/oder der Drehratensensor 4 können oder kann jeweils im Zentrum des Lenkrads 1 oder in dessen Griffbereich angeordnet sein.
Die dargestellte Vorrichtung ist bevorzugt zur Bestimmung einer Lage des Lenkrades 1 zu dessen lotrechter Montage verwendbar. Dabei wird der Beschleunigungssensor 3 als Neigungssensor verwendet.
Der Beschleunigungssensor 3 wird also für eine elektronische Lenkrad-Wasserwaagen-Funktion verwendet, in dem der Beschleunigungssensor 3 als Neigungssensor eingesetzt wird. Dies wird unter Ausnutzung des Effektes ermöglicht, dass ein internes Siliziumpendel des Beschleunigungssensors 3 als seismische Masse nicht nur bei einer auf den Beschleunigungssensors 3 einwirkenden Beschleunigung, insbesondere einer Lenkwinkelbeschleunigung, auslenkt, sondern auch bei einer Neigung des Beschleunigungssensors 3 ohne eine Fortbewegung. Das durch die Erdanziehung verursachte Auslenken des internen Siliziumpendels bei Neigung des Beschleunigungssensors 3 bewirkt dabei eine Kapazitätsänderung zwischen dem Siliziumpendel und einer Bezugselektrode im Beschleunigungssensor 3. Der Grad der Neigungsauslenkung des Siliziumpendels wird elektronisch durch Analogeingänge des Beschleunigungssensors 3 vom Lenkradsteuergerät 2, also von der Lenkradelektronik, erfasst. Die dabei vom Lenkradsteuergerät 2 ermittelte Spannung an den Sensorausgängen ist proportional zur Neigung des Beschleunigungssensors 3. Der Beschleunigungssensor 3 wird wiederum in das Lenkradsteuergerät 2 derart integriert, dass ein Lenkradwinkel innerhalb 360° proportional zur detektierten Neigung des Beschleunigungssensors 3 ist, welcher mit dem Lenkrad 1 in definierter Lage fest verbunden ist. Der Lenkeinschlag der Fahrzeuglenkung ist dann ebenfalls proportional zur Neigung des Beschleunigungssensors 3.
Durch die Anordnung des zusätzlichen Drehratensensors 4 in dem Lenkradsteuergerät 2 kann die Lenkwinkelgeschwindigkeit entlang der Lenksäule (Längsachse) gemessen werden. Aus der gemessenen Lenkgeschwindigkeit kann durch Integration ein zurückgelegter Lenkradwinkel berechnet werden.
Durch das Lenkradsteuergerät 2 können demnach mittels des Beschleunigungssensors 3 und des Drehratensensors 4 eine Lenkradneigung, also eine Abweichung vom Lot, ein Lenkwinkel, eine Lenkwinkelgeschwindigkeit sowie eine Lenkwinkelbeschleunigung detektiert und ermittelt werden.
Die Lenkradneigung und die Lenkwinkelgeschwindigkeit werden dabei mittels Lenkradsteuergerät 2 sensorisch erfasst und digitalisiert. Der Lenkwinkel und die Lenkwinkelbeschleunigung werden auf Basis der detektierten und digitalisierten Größen zu Lenkradneigung und die Lenkwinkelgeschwindigkeit mittels des Lenkradsteuergeräts 2 errechnet. Lenkradneigung, Lenkwinkelgeschwindigkeit, Lenkwinkel und Lenkwinkelbeschleunigung können als digitale Information über ein Fahrzeug-Feldbussystem, beispielsweise Lenkrad-CAN und Chasiss-Flexray, auch anderen elektronischen Steuergeräten im Fahrzeug zur Verfügung gestellt werden.
Bei Einsatz üblicher dreiachsiger Inertial-Sensoren können die vier vorgenannten Größen nicht nur entlang der Lenksäule, also der Längsachse, gemessen werden, sondern auch entlang der Querachse, beispielsweise Nickrate oder Nickwinkel, und der Hochachse, beispielsweise Gierrate oder Gierwinkel.
Die Erfindungen ermöglichen eine vollautomatisierte lotgerechte Montage des Lenkrades 1 und der Lenkung, insbesondere einen Spurgeradeauslauf betreffend, in einer Produktion und in einer Fahrzeugwerkstatt, da die Lenkradneigung direkt im Lenkrad 1 gemessen werden und per Diagnose an einen Produktionstestrechner übertragen werden kann. Eine im Stand der Technik verwendete, separate Lenkrad-Wasserwaage ist dadurch entbehrlich. Die Erfindungen ermöglichen zudem eine Verringerung eines Personaleinsatzes im jeweiligen Produktionsschritt, also eine Verkürzung der Produktionsprozesszeit.
Die Erfindungen ermöglichen zudem eine automatisierte, elektronische Sicherstellung der notwendigen, zeitgleichen Übereinstimmung von Fahrspurgeradeauslauf der Lenkung, Nullstellung des Lenkwinkelsensors im Mantelrohrschaltermodul und lotgerechtem Verbau des Lenkrades 1 bei der Fahrzeugmontage.
Die Erfindungen ermöglichen durch elektronische Auswertung der Lenkbeschleunigung und Lenkgeschwindigkeit außerdem eine Erkennung, ob sich Fahrerhände am Lenkrad 1 befinden, also eine sogenannte Hands-on-Wheel-Detection oder HOWD, eine Ermittlung eines Aufmerksamkeitsgrades des Fahrers, beispielsweise eines so genannten Attention-Assist, eine Ermittlung des Grades der Lenksäulenverstellung, beispielsweise einer Lenkradhöhe und durch elektronische Auswertung der Nickneigung, also einer Neigung um die Querachse des Lenkrades 1.
Durch die Anordnung oder Verwendung des zusätzlichen Sensors, nämlich des Drehratensensors 4, ist auf einfache Weise eine Redundanz zur permanenten Plausibilisierung mit Werten, die vom Beschleunigungssensors 3 detektiert werden, in einem Fahrbetrieb erzielbar. Beispielsweise können die Messung und/oder die Ermittlung von Lenkradwinkel, Lenkradwinkelgeschwindigkeit und Lenkradwinkelbeschleunigung bei Verwendung eines Lenkwinkelsensors im Mantelrohrschaltermodul zur Realisierung von redundanten Sicherheitskonzepten für eine Absicherung oder für eine Plausibilisierung genutzt werden. Zudem ist eine automatisierte Überwachung des korrekten Einbaus eines Lenkgetriebes oder einer anderen die Lenkung des jeweiligen Fahrzeugs betreffenden Komponente ermöglicht. Insbesondere wird eine Sicherstellung der Übereinstimmung von einem Fahrspurgeradeauslauf und einer Nullstellung des Lenkwinkelsensors sowie ein lotrechter Einbau des Lenkrades 1 bei Instandsetzungsarbeiten in einer Fahrzeugwerkstatt ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1: Lenkrad
2: Lenkradsteuergerät
3: Beschleunigungssensor
4: Drehratensensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2005/005182 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung zur Erfassung eines Lenkradwinkels für ein Fahrzeug, welche ein Lenkrad (1) und ein Lenkradsteuergerät (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass im Lenkrad (1) ein Beschleunigungssensor (3) zur Detektion einer Lenkwinkelbeschleunigung angeordnet ist, wobei der Beschleunigungssensor (3) ein internes Siliziumpendel aufweist, welches sowohl durch eine Lenkwinkelbeschleunigung als auch durch eine Neigung des Beschleunigungssensors (3) auslenkbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Lenkrad (1) ein Drehratensensor (4) zur Detektion einer Lenkwinkelgeschwindigkeit angeordnet ist.
Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Beschleunigungssensor (3) als Neigungssensor zur Bestimmung einer Lage des Lenkrades (1) zu dessen lotrechter Montage verwendet wird, wobei der Beschleunigungssensor (3) für eine elektronische Lenkrad-Wasserwaagen-Funktion verwendet wird.