DE19810691A1 - Geschwindigkeitsregelhilfe für menschengeführte Fahrzeuge - Google Patents

Abstract

Geschwindigkeitsregelhilfe bei der der Fahrer selbst Gas gibt und durch die Kraft eines Druckpunktes oder die Schwingungen eines im Gaspedal integrierten Oszillators Informationen über die Abweichung vom Geschwindigkeitssollwert erhält.

Description

Bei Fahrzeugen ohne Geschwindigkeitsregelhilfe ist der Mensch (Fahrer) Bestandteil der Regelkette und zwar als Istwert-Sollwert-Komparator, PID-Regler und Stellglied zur Verstellung des Gaspedals bzw. der Antriebsleistung. Diese Aufgabe erfordert Konzentration und kann nicht immer optimal erfüllt werden. Insbesondere die Erfassung der Geschwindigkeit durch den Fahrer teilt seine Aufmerksamkeit.

Zur Einhaltung von vorgegebenen Geschwindigkeiten sind Geschwindigkeitsregelhilfen bekannt, die teilautomatisch arbeiten, indem der Fahrer eine Sollgeschwindigkeit mittels Schalter aktiviert und im Bedarfsfall wieder deaktiviert während der Regler den Soll-Istwertvergleich durchführt und die Leistungsverstellung entsprechend vornimmt. Die Überwachung des Reglers obliegt dem Fahrer.

Solche Systeme helfen Geschwindigkeitsbegrenzungen einzuhalten und den Verkehrsfluß zu vergleichmäßigen. Der Fahrer ist weder Stellglied noch Komparator, kann den Fuß vom Gaspedal nehmen und seine Aufmerksamkeit anderen Aufgaben widmen.

Nachteilig ist, daß bei häufigen verkehrsbedingten Abweichungen von der voreingestellten Geschwindigkeit das Aktivieren und Deaktivieren umständlich ist. Dies führt dazu, das bei starkem und damit unruhigem Verkehr diese Art von Geschwindigkeitsregelhilfen nicht oder selten benutzt werden und damit ihr Nutzen verloren geht.

Es gibt auch Geschwindigkeitsregelhilfen, die bei durchgetretenem Gaspedal die Geschwindigkeit auf einen Sollwert einregeln.

Zur Überschreitung der vorgewählten Geschwindigkeit muß in dem Fall durch Kickdown der Geschwindigkeitssollwert gelöscht werden oder manuell ein höherer Wert eingestellt werden. Die dann einsetzend Beschleunigung ist häufig nicht gewollt. Nach einem Deaktivieren der Begrenzung muß neu aktiviert werden.

Allen Geschwindigkeitsregelhilfen ist gemein, daß Gefahren bestehen, falls der gespeicherte Wert der Sollgeschwindigkeit von außen beeinflußt wird weil in dem Fall ungewollte gegebenenfalls gefährlich Beschleunigungen oder Verzögerungen eintreten können.

Äußere Beeinflussung ist aber auf vielfältige Weise sinnvoll und z. B. mit den nachfolgend bezeichneten Verfahren vorstellbar:

• - An Bord befindlicher Analysator für des Verkehrsgeschehen, der eine Geschwindigkeitsempfehlung an die beschriebenen Geschwindigkeitsregelhilfe weitergibt. Die Empfehlungen können z. B. die sinnvolle maximale Reisege­ geschwindigkeit oder die sparsamste Fahrweise sein.
• - Funk eines Verkehrsleitrechners
• - Elektronisches Lesegerät für Straßenschilder mit Geschwindigkeitsbegrenzung.
• - Funk von Verkehrsschildern mit Geschwindigkeitsbegrenzung.
• - Kombination von GPS und digitaler Straßenkarte mit Informationen über örtliche Geschwindigkeitsbegrenzungen bzw. Empfehlungen.
• - Beeinflussung durch ein Abstandsmeßgerät.

Die Übermittlung von Geschwindigkeitsbegrenzungsdaten von Leitrechnern per Funk oder von GPS gesteuerten digitalen Straßenkarten mit der Information über die zulässige Geschwindigkeit ist eine bereits heute verifizierbare Technik, deren Einsatz sich aber wegen der zur Zeit bestehenden Gefahren beim Eingriff in Geschwindigkeitsregelhilfen der bekannten Bauart verbietet.

Aufgabe der Erfindung ist es die vorgenannten Nachteile zu beheben, dem Fahrer eine Geschwindigkeitsregelhilfe zu geben die ständig aktiviert seien kann und bei der der Fahrer dennoch stets Vorrang gegenüber der Geschwindigkeitsregelhilfe behält.

Erfindungsgemäß gelingt dies, indem die Geschwindigkeitsregelhilfe die Drosselklappenstellung nicht direkt beeinflußt, sondern eine Information an den Gasfuß des Fahrers abgibt, die ihm dazu hilft die Sollgeschwindigkeit einzuhalten ohne ihn hierzu zu zwingen.

In einer ersten Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird die Information über die Geschwindigkeitsabweichung durch ein fühlbares Oszillieren des Gaspedals an den Fuß des Fahrers geleitet, woraufhin der Fahrer die richtige Pedalstellung sucht.

Fig. 5 zeigt beispielhaft die Konstruktion eines Gaspedals mit integriertem Oszillator.

In dem Gaspedal (2) ist ein elektrodynamischer Linearmotor (3) mit kurzem Hub eingebaut. Der bewegliche Kolben (6/7) des Linearmotors klopft gegen die Gummiauflage (5) des Gaspedals. Je nach Aufbau des Gaspedals kann der Kolben (6/7) auch direkt auf dieses einwirken. Der Kolben (6/7) ist im Beispiel zweiteilig aufgebaut, (6) besteht z. B. aus Kunststoff, während (7) aus magnetisierbarem Eisen besteht. Angetrieben wird der Kolben durch die Spule (8), die mit oszillierendem Strom beaufschlagt wird. Die vorgenannten Bauteile befinden sich im Gehäuse (9) welches mit Schrauben (10) an dem Gaspedal befestigt ist. Kabel (11) führt zu der Reglerelektronik, die die Oszillationen entsprechen der Sollwertabweichung von der Sollgeschwindigkeit erzeugt.

Die Elektronik selbst ist nicht dargestellt. Es ist aber sinnvoll diese in der ohnehin vorhandenen Bordelektronik zu integrieren.

Natürlich können auch ander elektromechanische Wandler zur Erzeugung der Oszillationen zur Anwendung kommen.

Das Signal kann klopfend oder summend sein und in der Intensität von der Über-(Unter-)schreitung des Geschwindigkeit-Sollwertes abhängen. Eine solche Ausführung erfordert vom Fahrer Aktivität als Stellglied, hat aber den Vorteil äußerst geringer Kosten. Der Summer oder Klopfer ist preiswert und kann einfach auf der Rückseite des Gaspedals befestigt werden.

Die Art der Oszillationen kann auch Über- oder Unterschreitung der programmierten Geschwindigkeit informieren. z. B. schwaches Summen bei Unterschreitung und Klopfen bei Überschreitung.

In einer zweiten Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist es vorgesehen, daß der Hub des Gaspedals durch einen (überwindbaren) Druckpunkt begrenzt wird, der von einem Regler so verschoben wird, daß die Sollgeschwindigkeit gerade dann erreicht wird, wenn sich der Fahrerfuß am Druckpunkt befindet. Die Position des Druck­ punktes vermittelt die Information über die anzustrebende Stellung des Gasfußes an den Fahrer. Dabei kann aber der Fahrer diesen Druckpunkt nach Belieben überschreiten oder hinter ihm zurückbleiben.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel der konstruktiven Ausführung des Druckpunktes und seiner motorischen Verstellung.

In Fig. 1 ist das Gaspedal (1) in Stellung Vollgas (100%) und liegt am Anschlag an. Das Gestänge (2) überträgt den Hub des Gaspedals wie bekannt auf den Hebel (3) der Drosellklappenwelle (4).

Die Bauteile (5) bis (11) bilden den verstellbaren Druckpunkt. In dem Federtopf (8) befindet sich die vorgespannte Feder (9), die sich an der Scheibe (7) abstützt. Der Kolben (6) ist mit dem Hebel (3) verbunden und gleitet in dem Führungsrohr (5). Der Linearmotor (10) kann bei Bedarf den Federtopf (8) zusammen mit Führungsrohr (5) gegen die Bewegung von Kolben (6) schieben.

In der Stellung gemäß Fig. 1 ist der Druckpunkt nicht wirksam. In Fig. 2 ist der Druckpunkt vorgeschoben, der Kolben (6) liegt an Scheibe (7) an und das Gaspedal ist nur halb getreten. Der Gasfuß liegt also am Druckpunkt und das Fahrzeug folgt der Geschwindig­ keitsvorgabe des Geschwindigkeitssollwerts.

In Fig. 3 ist der Druckpunkt vorgeschoben und das Gaspedal trotzdem ganz durchgedrückt. Dabei wird die Scheibe (7) bewegt und die Kraft der Feder (9) überwunden. Das Fahrzeug beschleunigt über die Geschwindigkeitsvorgabe hinaus.

Die Konstruktion des verschieblichen Druckpunktes kann natürlich statt linear auch rotatorisch ausgebildet werden und an der Drosselklappenwelle direkt ansetzen.

Fig. 4 zeigt einen rotatorischen Aufbau mit analoger Funktion zu Fig. 1 bis 3. Dabei ist (1) die Drosselklappenwelle, (2) Mitnehmerzapfen, (3) Mitnehmerstift, (4) Welle mit Zahnrad (8) zur Einstellung der Lage des Druckpunktes, (5) Anschlagstift zur Übertragung des Drehmomentes der Vorspannfeder (6), (7) Anschlag des Zahnrades (8) an dem der Anschlagstift (5) anliegt, wenn der Druckpunkt nicht überwunden wird. Bei Überwinden des Druckpunktes entsprechend des Vorspannmomentes der Vorspannfeder (6) löst sich Anschlagstift (6) vom Anschlag (7) und gestattet so die Drehung der Drosselklappenwelle bis zur vollen Öffnung. Die Verschiebung des Druckpunktes erfolgt durch Verstellen von Zahnrad (8) und Anschlag (7) mittels Schneckenrad (9), angetrieben durch Motor (10).

Die Funktion im Fahrbetrieb wird im Folgenden an einem Beispiel erläutert:
Die eingestellte Geschwindigkeit möge z. B. 120 km/h betragen. Das Fahrzeug wird nun aus dem Stand z. B. mit Vollgas beschleunigt (Fig. 1). Zunächst ist der Druckpunkt nicht fühlbar, da die Geschwindigkeit noch unter dem Sollwert von 120 km/h liegt und der Druckpunkt hinter den Anschlag des Gaspedals zurückgezogen ist.

Beim Überschreiten von 120 km/h wird nun der Druckpunkt gegen den Fahrerfuß geschoben und zwar solange bis die Geschwindigkeit wieder genau 120 km/h beträgt. Im Beispiel Fig. 2 bei 50% des Gaspedalhubes.

Die Verstellung des Druckpunktes erfolgt nach den gleichen Regelalgorithmen wie sie für die Verstellung der Drosselklappe bei konventionelle Geschwindigkeitsregel­ hilfen üblich sind.

Da der Fuß am Druckpunkt angelegt werden kann, ist die Muskelspannung des Fahrerfußes geringer als in dem sonst üblichen instabilen Gleichgewicht zwischen der Kraft der Rückstellfeder des Gaspedals und der Fußkraft des Fahrers.

Ist der Fahrer wegen eines verkehrsbedingten Umstandes zum Verzögern gezwungen, so kann er den Fuß vom Druckpunkt nehmen und verlangsamen oder zum Bremspedal wechseln.

Um erneut zu beschleunigen wird nun lediglich das Gaspedal erneut gedrückt bis der Druckpunkt nach Erreichen von 120 km/h den Gasfuß zurückzuführen beginnt.

Muß aber die programmierte Geschwindigkeit aus einer Notwendigkeit heraus überschritten werden, so kann das Gaspedal ohne weiteres über den Druckpunkt hinaus in die Vollgasstellung gedrückt werden (Fig. 3). Soll danach der Geschwindigkeitssollwert wieder erreicht werden, muß der Fuß nur bis hinter den Druckpunkt zurück genommen werden und diesem im Weiteren folgen.

Bei beiden zuvor beschriebenen Ausführung kann der Fahrer verzögern oder Beschleunigen ohne den Geschwindigkeitssollwert neu einzugeben oder zu aktivieren.

Bei Vorgabe des Geschwindigkeitssollwertes von außen, entstünde keine ungewollte Verzögerung oder Beschleunigung.

Schließlich ist es auch möglich beide Arten der Information gleichzeitig an das Gaspedal zu geben, also den verschieblichen Druckpunkt und die Oszillationen.

Claims (5)

1. Geschwindigkeitsregelhilfe für menschengeführte Fahrzeuge mit einem Geschwindigkeitssollwertgeber und einem Komparator zum Vergleich mit der gefahrenen Geschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß dem gasgebenden Fuß des Fahrers vermittels des Gaspedals Informationen über die Abweichung von der vorprogram­ mierten Geschwindigkeit gegeben werden.

2. Anspruch gemäß 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Information durch Verschieben eines in der Übertragung zur Drosselklappe befindlichen Druckpunktes gegeben wird.

3. Anspruch gemäß 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Information durch Oszillationen am Gaspedals übermittelt werden.

4. Anspruch gemäß 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillationen in Amplitude und/oder Frequenz moduliert werden und so quantitative Informationen bezüglich der Abweichung vom Geschwindigkeitssollwert liefern.

5. Anspruch gemäß einer Kombination der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Informationen durch Druckpunktverlagerung und Oszillationen an den Gasfuß gegeben werden.