Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung für eine Betätigungsvorrichtung eines Fahrzeugs und ein Fahrzeug.

Moderne Fahrzeuge weisen elektrisch oder elektronisch basierte Brems- oder Beschleunigungseingabevorrichtungen auf. Dabei sind die Pedale als sogenannte Brake-by-wire oder Throttle-by-wire-Systeme (BBW/TBW-Systeme) eingerichtet. Das bedeutet, dass keine klassische mechanische Verbindung zwischen dem jeweiligen Pedal und den Bremsvorrichtungen oder der Antriebsvorrichtung des Fahrzeugs vorgesehen ist. Vielmehr wird die jeweilige Fahrereingabe durch Sensoren erfasst und elektrisch an jeweilige Steuervorrichtungen übermittelt. Ferner gibt es Ansätze für Steer-by-wire Lenksysteme ohne mechanische Verbindung. Dadurch kann einerseits Bauraum eingespart werden und andererseits eine Gewichtsersparnis erzielt werden, sodass die Betriebseffizienz des Fahrzeugs verbessert ist.

Bei bekannten BBW- oder TBW-Systemen werden die Eingabebefehle des Fahrers durch hydraulisch basierte Aufnehmer erfasst. Hydraulisch basierte Aufnehmer weisen allerdings ein vergleichsweise hohes Eigengewicht auf und benötigen einen vergleichsweise großen Bauraum. Daher wirken sie sich nachteilig auf die Betriebseffizienz des Fahrzeugs aus. Zusätzlich bergen Sie das Risiko einer Leckage, bei der Hydraulikflüssigkeit austritt. Um eine Redundanz zu schaffen, werden deshalb üblicherweise mehrere hydraulisch basierte Aufnehmer vorgesehen, wodurch die Betriebseffizienz des Fahrzeugs zusätzlich nachteilig beeinflusst wird. Bei Lenksystemen wird die Fahrerwunscherfassung, also die Lenkwinkelvorgabe, üblicherweise über Drehwinkelsensoren bewerkstelligt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Stands der Technik auszuräumen oder zumindest zu verringern. Insbesondere ist es wünschenswert eine Möglichkeit zur Erfassung von Eingabebefehlen eines Fahrers zu schaffen, die eine Bauraumreduzierung und eine Gewichtsersparnis ermöglicht, sodass die Betriebseffizienz des Fahrzeugs verbessert wird.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, von denen jeder für sich oder in (Sub-)Kombination Aspekte der Erfindung darstellen kann.

Gemäß einem Aspekt wird eine Sensoranordnung für eine Betätigungsvorrichtung, insbesondere ein Pedal, eines Fahrzeugs bereitgestellt. Die Sensoranordnung umfasst zumindest eine Steuervorrichtung und eine erste Sensorgruppe mit einem ersten Kraftsensor und einem zweiten Kraftsensor. Zumindest einer der Kraftsensoren der ersten Sensorgruppe ist mit der Betätigungsvorrichtung mechanisch und zumindest einer der Kraftsensoren der ersten Sensorgruppe ist mit der Steuervorrichtung elektrisch oder elektronisch gekoppelt. Jeder Kraftsensor ist eingerichtet, um eine auf den jeweiligen Kraftsensor einwirkende Kraft unabhängig von anderen Kraftsensoren der Sensoranordnung zu erfassen. Die Steuervorrichtung ist eingerichtet, um basierend auf einem von dem zumindest einen Kraftsensor empfangenen Messsignal eine von der Betätigungsvorrichtung auf den Kraftsensor ausgeübte Kraft zu bestimmen. Die Kraftsensoren der ersten Sensorgruppe sind bezüglich der Betätigungsvorrichtung übereinanderliegend oder nebeneinanderliegend angeordnet.

Jeder Kraftsensor ist eingerichtet, um die jeweils erfasste Kraft elektrisch oder elektronisch an die Steuervorrichtung der Sensoranordnung zu ermitteln. Ferner sind die Kraftsensoren nicht auf hydraulisch basierte Erfassungsmechanismen beschränkt. Deshalb kann eine hydraulisch basierte Erfassung der Eingabebefehle des Fahrers bezüglich der Betätigungsvorrichtung vermieden werden. Dadurch kann eine Gewichtsersparnis und eine Reduzierung des benötigten Bauraums erzielt werden.

Zusätzlich wird eine Redundanz bereitgestellt, da die Sensoranordnung zumindest zwei Kraftsensoren umfasst, wobei jeder der Kraftsensoren zur Erfassung der auf ihn einwirkenden Kraft eingerichtet ist. Deshalb kann die von der Betätigungsvorrichtung ausgeübte Kraft grundsätzlich basierend auf jedem Kraftsensor bestimmt werden. Dadurch wird die Ausfallsicherheit der Sensoranordnung verbessert.

Die Kraftsensoren sind auf keinen bestimmten Typen und auf keine spezifische Funktionsweise beschränkt. Die Kraftsensoren können aktiv oder passiv sein. Für aktive Kraftsensoren wird in der Regel eine Versorgungsspannung bereitgestellt. Beispielsweise kann ein Kraftsensor einen Dehnmessstreifen aufweisen, der seinen Widerstand aufgrund einer Stauchung oder Streckung verändert. Dehnmessstreifen ermöglichen eine besonders große Bauraumreduzierung und Gewichtsersparnis, da sie geringe Eigenabmessungen und ein niedriges Eigengewicht aufweisen. Gleichzeitig stellen Sie eine hohe Präzision bezüglich der Kraftbeaufschlagung bereit.

Andere Typen von Kraftsensoren können ebenfalls genutzt werden, beispielsweise Kraftsensoren mit einem piezoelektrischen oder einem piezoresistiven Material. Ebenso können federbasierte Kraftsensoren, elektrodynamische Kraftsensoren, Kraftsensoren mit einem schwingenden Element oder Kraftsensoren mit anderen Typen von resistiven Kraftaufnehmern neben Dehnmessstreifen genutzt werden.

Die mechanische Kopplung zwischen dem zumindest einen Kraftsensor der Sensorgruppe und der Betätigungsvorrichtung kann auch mittelbar sein. Das bedeutet, dass eine Zwischenkomponente vorgesehen sein kann, die eine mechanische Kopplung zwischen der Betätigungsvorrichtung und dem Kraftsensor bereitstellt.

Die Betätigungsvorrichtung ist vorzugsweise ein Pedal, ein Lenkrad oder ein Joystick. Die Betätigungsvorrichtung ist eingerichtet, um von einem Nutzer des Fahrzeugs betätigt zu werden, um dadurch einen Einfluss auf die Fahrzeugkonfiguration, insbesondere das Fahrverhalten, zu nehmen. Anders ausgedrückt, ist die Betätigungsvorrichtung eingerichtet, um eine durch den Fahrer gewünschte Eingabe zur Manipulation des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs zu ermöglichen und somit gemäß dem Fahrerwunsch eine Beschleunigung und/oder Bremsung und/oder Lenkeinstellung zu gewährleisten.

Da lediglich ein Kraftsensor der Sensorgruppe zwingend mit der Steuervorrichtung gekoppelt sein muss, um entsprechend erfasste Messwerte über die von den Kraftsensoren der Sensorgruppe erfassten Kräfte zu übermitteln, kann eine Kommunikation auch zwischen den Kraftsensoren untereinander vorgesehen sein. Deshalb sind die Kraftsensoren vorliegend nicht dahingehend beschränkt, dass sie lediglich Kraftaufnehmer aufweisen. Vielmehr können Sie auch Kommunikationsvorrichtungen aufweisen. Die elektrische oder elektronische Kopplung zwischen dem zumindest einen Kraftsensor der Sensorgruppe und der Steuervorrichtung kann beispielsweise mithilfe von Signalleitungen gewährleistet werden. Alternativ können auch drahtlose Kommunikationsmechanismen zum Einsatz kommen, um die von den Kraftsensoren erfassten Kräfte an die Steuervorrichtung zu übermitteln.

Übereinanderliegend angeordnete Kraftsensoren können als in der Reihe angeordnet angesehen werden (Reihenanordnung). Das bedeutet, dass eine von der Betätigungsvorrichtung bewirkte Kraft zunächst auf einen ersten Kraftsensor ausgeübt wird, der benachbart zur Betätigungsvorrichtung angeordnet ist. Anschließend wird die Kraft ausgehend von dem ersten Kraftsensor auf den mit dem ersten Kraftsensor übereinanderliegend angeordneten zweiten Kraftsensor ausgeübt. Die Krafterfassung durch den ersten Kraftsensor beeinflusst dabei die ursprünglich von der Betätigungsvorrichtung bewirkte Kraft nicht. Das bedeutet, dass die auf den ersten Kraftsensor und den zweiten Kraftsensor einwirkenden Kräfte gleich sind. Um dies zu erreichen, können die Kraftsensoren jeweils entsprechend geeignete mechanische Komponenten aufweisen, beispielsweise einen Kragarm oder einen Ausleger. Dadurch kann die Kraft, die auf einen bestimmten Kraftsensor einwirkt, gleichermaßen durch diesen Kraftsensor auf einen zu diesem Kraftsensor übereinanderliegend angeordneten weiteren Kraftsensor vermittelt werden.

Optional sind für eine Sensorgruppe, die übereinanderliegend angeordnete Kraftsensoren aufweist, sämtliche übereinanderliegend angeordnete Kraftsensoren mit der Steuervorrichtung gekoppelt. Das bedeutet, dass bei übereinanderliegend angeordneten Kraftsensoren jeder der Kraftsensoren die von ihm erfasste Kraft an die Steuervorrichtung übermittelt.

Nebeneinanderliegend angeordnete Kraftsensoren können als parallel zueinander angeordnet angesehen werden (Parallelanordnung). Das bedeutet, dass eine von der Betätigungsvorrichtung bewirkte Kraft sich entsprechend einem vorbestimmten Verhältnis auf die nebeneinanderliegend angeordneten Kraftsensoren aufteilt. Es werden also jeweils Teilkräfte erfasst, die zusammen die von der Betätigungsvorrichtung bewirkte Gesamtkraft ergeben. Die Sensoranordnung kann zur Aufteilung der von der Betätigungsvorrichtung bewirkten Kraft eine entsprechende Vorrichtung aufweisen. Die Vorrichtung kann die Aufteilung der von der Betätigungsvorrichtung bewirkten Kraft entsprechend einem vorbestimmten Verhältnis bezüglich der nebeneinanderliegend angeordneten Kraftsensoren gewährleisten.

Optional ist für eine Sensorgruppe, die nebeneinanderliegend angeordnete Kraftsensoren aufweist, zumindest einer der Kraftsensoren mit der Steuervorrichtung gekoppelt.

Optional kann die Sensorgruppe weitere Kraftsensoren aufweisen. Die zusätzlichen Kraftsensoren können auch die Kopplung mit der Steuervorrichtung bezüglich nebeneinanderliegend angeordneten Kraftsensoren gewährleisten.

Bevorzugt ist die Steuervorrichtung eingerichtet, um bei der Bestimmung von der von der Betätigungsvorrichtung bewirkten Kraft die jeweilige Topologie (Reihenanordnung oder Parallelanordnung) der Sensoranordnung zu berücksichtigen. Das bedeutet, dass die Steuervorrichtung berücksichtigen kann, ob und inwieweit Kraftsensoren der Sensoranordnung bezüglich der Betätigungsvorrichtung übereinanderliegend und/oder nebeneinanderliegend angeordnet sind. Beispielsweise kann bei nebeneinanderliegend angeordneten Kraftsensoren das Verhältnis der Aufteilung der auf die nebeneinanderliegend angeordneten Kraftsensoren einwirkenden Kraft berücksichtigt werden.

Bevorzugt ist die Steuervorrichtung mit einer Speichervorrichtung gekoppelt, in der Informationen über die Topologie der Sensoranordnung(en) abgelegt sind. Diese Informationen können von der Steuervorrichtung berücksichtigt werden, um die von der Betätigungsvorrichtung ausgeübte Kraft präzise zu bestimmen.

Optional weist die Sensoranordnung eine zweite Sensorgruppe auf. Zumindest ein Kraftsensor der zweiten Sensorgruppe ist mit der Betätigungsvorrichtung mechanisch und zumindest ein Kraftsensor der zweiten Sensorgruppe ist mit der Steuervorrichtung elektrisch oder elektronisch gekoppelt. Die Kraftsensoren der zweiten Sensorgruppe sind bezüglich der Betätigungsvorrichtung übereinanderliegend oder nebeneinanderliegend angeordnet. Durch die zweite Sensorgruppe wird die Redundanz bezüglich der Erfassung der von der Betätigungsvorrichtung bewirkten Kraft weiter verbessert. Dadurch ist die Ausfallsicherheit erhöht. Bevorzugt sind nebeneinanderliegend angeordnete Kraftsensoren anhand eines Waagebalkens miteinander mechanisch gekoppelt sind. Durch den Waagebalken sind die nebeneinanderliegend angeordneten Kraftsensoren mechanisch miteinander gekoppelt. Mittels des Waagebalkens kann daher eine Aufteilung der auf die Gesamtheit der nebeneinanderliegenden Kraftsensoren einwirkenden Kraft besonders zuverlässig gewährleistet werden.

Der Waagebalken ist optional grundsätzlich nicht auf die Verwendung von lediglich zwei mit dem Waagebalken gekoppelten Kraftsensoren beschränkt. Der Waagebalken kann auch eine Aufteilung einer Kraft auf mehr als zwei nebeneinanderliegend angeordneten Kraftsensoren ermöglichen.

Besonders bevorzugt gewährleistet der Waagebalken eine Kraftaufteilung im Verhältnis 1:1 auf zwei nebeneinanderliegend angeordneten Kraftsensoren gewährleistet. Dadurch werden beide Kraftsensoren gleichermaßen mit der Kraft beaufschlagt und beansprucht. Ferner ist dadurch die Bestimmung der von der Betätigungsvorrichtung ausgeübten Kraft besonders einfach.

Bei mehr als zwei nebeneinanderliegend angeordneten Kraftsensoren kann durch den Waagebalken optional eine Aufteilung 1 :n pro Kraftsensor erfolgen. Dabei ist n die Anzahl der bezüglich des Waagebalkens nebeneinanderliegend angeordneten Kraftsensoren. Die durch den Waagebalken aufgenommene Gesamtkraft wird also in gleich große Teilkräfte aufgeteilt.

In einigen Ausführungsformen weist die Sensoranordnung derart viele Kraftsensoren auf, die derart angeordnet sind, dass die Steuervorrichtung der Sensoranordnung von zumindest zwei Kraftsensoren Messsignale empfängt. Die Steuervorrichtung ist dann eingerichtet, um zu bestimmen, ob die empfangenen Messsignale zueinander korrespondierend sind.

Da bei einer einzelnen Sensorgruppe mit übereinanderliegend angeordneten Kraftsensoren jeder der Kraftsensoren mit der Steuervorrichtung gekoppelt ist, werden durch zwei übereinanderliegend angeordnete Kraftsensoren bereits zwei Messsignale für die Steuervorrichtung zur Verfügung gestellt. Insofern sind nicht zwingend mehrere Sensorgruppen notwendig, damit die Steuervorrichtung zumindest zwei Messsignale empfängt. Alternativ kann die Sensoranordnung auch zwei Sensorgruppen von jeweils nebeneinanderliegend angeordneten Kraftsensoren umfassen, da jede Gruppe von nebeneinanderliegend angeordneten Kraftsensoren zumindest ein Messsignal an die Steuervorrichtung übermittelt.

Gemäß einer weiteren Alternative kann die Sensoranordnung auch eine erste Sensorgruppe von übereinanderliegend angeordneten Kraftsensoren und eine zweite Sensorgruppe von nebeneinanderliegend angeordneten Kraftsensoren aufweisen, wodurch zumindest drei Messsignale an die Steuervorrichtung übermittelt werden.

Die Sensoranordnung kann auch hinsichtlich der umfassten Sensorgruppe oder Sensorgruppen beliebig erweitert werden. Entscheidend ist lediglich, dass zumindest zwei Messsignale von der Steuervorrichtung empfangen werden. Die Steuervorrichtung kann dann bestimmen, ob die empfangenen Messsignale zueinander korrespondierend sind. Beispielsweise kann bei übereinanderliegend angeordneten Kraftsensoren bestimmt werden, ob die von den jeweiligen Kraftsensoren empfangenen Messsignale gleich große Kräfte widerspiegeln.

Optional ist die Steuervorrichtung eingerichtet, um eine Signaldifferenz zwischen empfangenen Messsignalen unter Berücksichtigung einer oder mehrerer Topologie(n) der jeweiligen Sensorgruppe(n) zu bestimmen und mit einem Differenzschwellwert zu vergleichen. Das bedeutet, dass die Steuervorrichtung Informationen darüber zur Verfügung hat, beispielsweise durch in einer Speichervorrichtung abgelegte Topologiedaten über die jeweilige(n) Sensorgruppe(n), wie verschiedene Messsignale zueinander in Beziehung zu setzen sind. In anderen Worten weiß die Steuervorrichtung, ob ein Messsignal eine Konfiguration von nebeneinanderliegend oder übereinanderliegend angeordneten Kraftsensoren oder Mischformen davon widerspiegelt. Daher kann die Steuervorrichtung empfangende Messsignale zumindest paarweise auswerten und eine Signaldifferenz zwischen den Messsignalen bestimmen. Die Signaldifferenz wird mit einem Differenzschwellwert verglichen, um die Plausibilität der empfangenen Signale zu beurteilen. Dadurch wird die Redundanz der

Sensoranordnung bezüglich der Bestimmung der durch die

Betätigungsvorrichtung bewirkten Kraft verbessert. Bevorzugt ist die Steuervorrichtung der Sensoranordnung eingerichtet, um in Abhängigkeit von dem Vergleich zwischen der Signaldifferenz und dem Differenzschwellwert ein Kraftsignal an eine Motorsteuervorrichtung, eine Bremssteuervorrichtung oder eine Lenksteuervorrichtung des Fahrzeugs zu übermitteln, und/oder einen Fehlermodus des Fahrzeugs auszulösen.

Fällt die Signaldifferenz zwischen den empfangenen Messsignalen unter Berücksichtigung der Topologien der jeweiligen Sensorgruppen kleiner aus als der Differenzschwellwert, kann die Steuervorrichtung davon ausgehen, dass die empfangenen Signale zueinander korrespondierend sind. Als Folge kann aus den Messsignalen die von der Betätigungsvorrichtung bewirkte Kraft bestimmt werden und als Kraftsignal an eine Motorsteuervorrichtung, eine Bremssteuervorrichtung oder eine Lenksteuervorrichtung des Fahrzeugs übermittelt werden, abhängig davon, ob es sich um eine Betätigungsvorrichtung handelt, die zur Beeinflussung des Fahrverhaltens, des Bremsverhaltens oder des Lenkverhaltens des Fahrzeugs oder Kombinationen davon vorgesehen ist. Beispielsweise wird für ein Fahrpedal das Kraftsignal an eine Motorsteuervorrichtung übermittelt, während für ein Bremspedal das Kraftsignal an eine Bremssteuervorrichtung übermittelt wird. Für eine Lenkwinkelvorgabevorrichtung, beispielsweise ein Lenkrad, wird ein Kraftsignal an die Lenksteuervorrichtung übermittelt. In der Folge kann das Fahrzeug so durch die Motorsteuervorrichtung, die Bremssteuervorrichtung oder die Lenksteuervorrichtung oder Kombinationen davon entsprechend der Eingabe des Fahrers anhand der Betätigungsvorrichtung gesteuert werden.

Die Betätigungsvorrichtung kann also zumindest ein Gaspedal und/oder ein Bremspedal und/oder eine Lenkwinkelvorgabevorrichtung, beispielsweise ein Lenkrad, umfassen.

Fällt die Signaldifferenz zwischen zumindest zwei der empfangenen Messsignale unter Berücksichtigung der Topologien der jeweiligen Sensorgruppen größer als der Differenzschwellwert aus, so muss die Steuervorrichtung davon ausgehen, dass die empfangenen Signale nicht zueinander korrespondierend sind. Das deutet auf einen Fehlerzustand der Sensoranordnung hin. Daher kann als Folge ein Fehlermodus des Fahrzeugs ausgelöst werden. Zusätzlich kann auch hier optional dennoch ein entsprechendes Kraftsignal an die Motorsteuervorrichtung, die Bremssteuervorrichtung oder die Lenksteuervorrichtung des Fahrzeugs übermittelt werden, wobei die Übermittlung jedoch eine Information darüber umfasst, dass zumindest teilweise nicht zueinander korrespondierende Messsignale vorliegen. Optional kann die Auslösung des Fehlermodus des Fahrzeugs von der Motorsteuervorrichtung, der Bremssteuervorrichtung oder der Lenksteuervorrichtung unter Berücksichtigung weiterer Daten über die jeweilige Fahrzeugkonfiguration des Fahrzeugs erfolgen.

Besonders bevorzugt ist die Steuervorrichtung eingerichtet, um im Fehlermodus eine Leistungsausgabe einer elektrischen Maschine des Fahrzeugs zu begrenzen, und/oder eine Notbremsvorrichtung des Fahrzeugs zu aktivieren, und/oder eine Ausgabe einer Benachrichtigung über den Fehlermodus an zumindest einer Ausgabevorrichtung des Fahrzeugs auszulösen; und/oder ein Sicherheitsprotokoll auszulösen, wobei nach Auslösung des Sicherheitsprotokolls ein angepasstes Kraftsignal an die Motorsteuervorrichtung ausgegeben wird.

Das angepasste Kraftsignal kann derart sein, beispielsweise im Falle eines Fahrpedals (Gaspedals) des Fahrzeugs, dass ein Dämpfungsterm berücksichtigt wird. Das bedeutet, dass das ausgegebene Kraftsignal derart angepasst ist, dass es eine verzögerte und/oder verringerte Kraft wiederspiegelt, die von der Betätigungsvorrichtung ausgeübt wird.

Zusätzlich oder alternativ kann das angepasste Kraftsignal derart sein, dass durch das Sicherheitsprotokoll eine Berücksichtigung von mittels einer Umweltsensorik erfassten Signalen durch die Motorsteuervorrichtung, die Bremssteuervorrichtung oder die Lenksteuervorrichtung des Fahrzeugs ausgelöst wird. Die entsprechende Motorsteuervorrichtung, die Bremssteuervorrichtung oder die Lenksteuervorrichtung kann dann auf weitere Sensoren zurückgreifen, wie beispielsweise Radar, Kameras, Lidar, Ultraschall oder dergleichen, um ein sicheres Anhalten des Fahrzeugs zu gewährleisten. Ferner können für den Fall des autonomen Fahrens Sensorsignale von derartigen Sensoren berücksichtigt werden, um eine Beurteilung bezüglich anderer Verkehrsteilnehmer vorzunehmen.

Das Sicherheitsprotokoll spiegelt insofern eine vorbestimmte Anhaltestrategie wieder, die im Fehlermodus ausgelöst werden kann.

Das Sicherheitsprotokoll kann auch eine Lenkstrategie umfassen, die ein Ausweichen bzw. Umfahren von Hindernissen beinhaltet und gewährleistet. Dann kann ein angepasstes Lenksignal an eine Lenksteuervorrichtung ausgegeben werden, wodurch der Lenkaktor eine Auslenkung von Rädern des Fahrzeugs entsprechend der Lenkstrategie gewährleistet.

Das bedeutet, dass die Steuervorrichtung nach Erkennen eines Fehlermodus durch zueinander nicht-korrespondierende Messsignale bezüglich der Fahrzeugsteuerung eine übergeordnete Funktionalität einnehmen kann. Die Steuervorrichtung der Sensoranordnung kann dann also eine Masterfunktion ausüben. Als Folge kann eine von dem Fahrzeug erreichbare Geschwindigkeit aufgrund der reduzierten Leistungsausgabe begrenzt sein. Alternativ kann das Fahrzeug auch zum Stillstand gebracht werden oder eine Benachrichtigung für den Nutzer des Fahrzeugs darüber ausgelöst werden, dass ein Fehlverhalten der Sensoranordnung und damit der Krafterfassung vorliegt.

Die beschriebenen Funktionalitäten der Steuervorrichtung können beispielsweise auch davon abhängen, dass die durch die Steuervorrichtung bestimmte Signaldifferenz in Bezug zu unterschiedlichen Differenzschwellwerten gesetzt wird. Beispielsweise kann eine Notbremsung des Fahrzeugs ausgelöst werden, wenn die durch die Steuervorrichtung bestimmte Signaldifferenz einen besonders hohen Differenzschwellwert überschreitet, wohingegen das Fahrzeug mit einer reduzierten Leistung weiter nutzbar sein kann, wenn die Signaldifferenz einen verhältnismäßig niedrigen Differenzschwellwert überschreitet.

Bezüglich des einen Differenzschwellwerts oder der mehreren Differenzschwellwerte kann eine Hysterese vorgesehen sein, um ein stabiles Regelungsverhalten zu ermöglichen.

Optional weist zumindest eine Sensorgruppe zumindest einen dritten Kraftsensor auf, der mit zumindest einem weiteren Kraftsensor der jeweiligen Sensorgruppe bezüglich der Betätigungsvorrichtung übereinanderliegend oder nebeneinanderliegend angeordnet ist.

Besonders bevorzugt weist zumindest eine Sensorgruppe zumindest einen weiteren Kraftsensor auf, der mit zumindest einem weiteren Kraftsensor der jeweiligen Sensorgruppe bezüglich der Betätigungsvorrichtung übereinanderliegend oder nebeneinanderliegend angeordnet ist.

Beispielsweise kann für nebeneinanderliegende angeordnete Kraftsensoren einer Sensorgruppe ein zusätzlicher Kraftsensor vorgesehen sein, der übereinanderliegend mit beiden nebeneinanderliegend angeordneten Kraftsensoren angeordnet ist. In diesem Fall kann das Messsignal dieser Sensorgruppe einzig durch den zusätzlichen Kraftsensor für die Steuervorrichtung bereitgestellt werden, der übereinanderliegend zu den jeweils nebeneinanderliegend angeordneten Kraftsensoren angeordnet ist.

Bevorzugt weist die Steuervorrichtung der Sensoranordnung zumindest eine Datenverarbeitungsvorrichtung auf. Insofern kann die Bestimmung der von der Betätigungsvorrichtung ausgeübten Kraft wie zuvor beschrieben insbesondere computerimplementiert ausgeführt werden. Zudem kann die Prüfung hinsichtlich der Korrespondenz zwischen den empfangenen Messsignalen durch die Steuervorrichtung computerimplementiert ausgeführt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird auch ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, das Befehle aufweist, welche bei Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung der Steuervorrichtung, diese veranlasst, die Auswertung des zumindest einen Messsignals wie zuvor beschrieben auszuführen.

Ferner wird gemäß einem weiteren Aspekt auch ein Speichermedium bereitgestellt, dass das Computerprogrammprodukt wie zuvor beschrieben aufweist, so dass es bei Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung der Steuervorrichtung, diese veranlasst, die Auswertung des zumindest einen Messsignals wie zuvor beschrieben auszuführen.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird auch ein Fahrzeug bereitgestellt. Das Fahrzeug weist zumindest eine Betätigungsvorrichtung, eine Motorsteuervorrichtung, eine Bremssteuervorrichtung oder eine Lenksteuervorrichtung und eine Sensoranordnung wie zuvor beschrieben auf. Die von der Betätigungsvorrichtung ausgeübte Kraft ist anhand der Sensoranordnung bestimmbar. Die Steuervorrichtung der Sensoranordnung ist eingerichtet, die bestimmte Kraft der Betätigungsvorrichtung mittels eines Kraftsignals an die Motorsteuervorrichtung, die Bremssteuervorrichtung oder die Lenksteuervorrichtung des Fahrzeugs zu übermitteln. Ob das Kraftsignal an die Motorsteuervorrichtung oder die Bremssteuervorrichtung übermittelt wird, ist abhängig davon, ob die Betätigungsvorrichtung zur Beeinflussung des Beschleunigungsverhaltens, des Bremsverhaltens oder des Lenkverhaltens des Fahrzeugs eingerichtet ist, beispielsweise ob es sich um ein Fahrpedal oder ein Bremspedal des Fahrzeugs handelt.

Das so eingerichtete Fahrzeug ermöglicht hinsichtlich der Nutzereingabe durch die jeweilige Betätigungsvorrichtung eine Reduzierung des benötigten Bauraums sowie eine Gewichtseinsparung, da die Kraftsensoren der Sensoranordnung nicht auf hydraulische Aufnehmer beschränkt sind. Insbesondere durch die Gewichtseinsparung wird die Betriebseffizienz des Fahrzeugs bemessen an der zur Verfügung stehenden Energiemenge verbessert.

Optional kann es sich bei dem Fahrzeug um ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug handeln.

Alternativ dazu kann das Fahrzeug auch durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung können Fahrzeuge insbesondere Landfahrzeuge umfassen, nämlich unter anderem Elektroroller, E-Scooter, Zweiräder, Motorräder, Dreiräder, Trikes, Quads, Gelände- und Straßenfahrzeuge wie Personenkraftwagen, Busse, Lastkraftwagen, Traktoren und andere Nutzfahrzeuge, Schienenfahrzeuge (Bahnen), welche zumindest einen dem Vortrieb des Fahrzeugs dienenden Elektromotor aufweisen. Fahrzeuge können bemannt oder unbemannt sein. Neben reinen Elektrofahrzeugen (BEV) können auch Plug-In-Hybride (PHEV) und Brennstoffzellenfahrzeuge (FCEV) umfasst sein.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung mit übereinanderliegend angeordneten Kraftsensoren und einer Betätigungsvorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung mit übereinanderliegend angeordneten Kraftsensoren und einer Betätigungsvorrichtung, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einer Sensoranordnung.

Alle nachstehend in Bezug auf die Ausführungsbeispiele und/oder die begleitenden Figuren offengelegten Merkmale können allein oder in einer beliebigen Unterkombination mit Merkmalen der Aspekte der vorliegenden Offenbarung, einschließlich Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen, kombiniert werden, vorausgesetzt, die sich ergebende Merkmalskombination ist für einen Fachmann auf dem Gebiet der Technik sinnvoll.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung 10 mit übereinanderliegend angeordneten Kraftsensoren 12 und einer Betätigungsvorrichtung 18. Die Betätigungsvorrichtung 18 ist vorliegend ein Pedal. Die Sensoranordnung 10 kann aber auch in Verbindung mit anderen Betätigungsvorrichtungen 18 genutzt werden, beispielsweise einem Lenkrad, einem Joystick oder ähnlichen. Im Allgemeinen ist die Betätigungsvorrichtung 18 eingerichtet, um eine durch den Fahrer gewünschte Eingabe zur Manipulation des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs zu ermöglichen.

Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Sensoranordnung 10 eine Sensorgruppe 11A mit drei Kraftsensoren 12A, 12B, 12C. Die Kraftsensoren 12 der Sensorgruppe 11A sind übereinanderliegend angeordnet. Das bedeutet, dass der zweite Kraftsensor 12B benachbart zum ersten Kraftsensor 12A angeordnet ist, und dass der dritte Kraftsensor 12C benachbart zum zweiten Kraftsensor 12B angeordnet ist. Die drei Kraftsensoren 12 bilden also eine Reihenanordnung. Vorliegend umfasst die Sensorgruppe 11A der Sensoranordnung 10 zwar drei Kraftsensoren 12, jedoch muss die Sensorgruppe 11A im Allgemeinen lediglich zwei Kraftsensoren 12 aufweisen. Der dritte Kraftsensor 12 ist optional.

Die Sensoranordnung 10 umfasst ferner eine Steuervorrichtung 14, die eine Datenverarbeitungsvorrichtung 16 aufweist.

Da die Kraftsensoren 12 der Sensorgruppe 11A entsprechend einer Reihenanordnung angeordnet sind, ist jeder der Kraftsensoren 12 mit der Steuervorrichtung 14 elektrisch gekoppelt. So kann jeder der Kraftsensoren 12 eine von ihm erfasste Kraft mittels eines entsprechenden Signals an die Steuervorrichtung 14 übermitteln.

Die Sensoranordnung 10 ist zur Verwendung mit der Betätigungsvorrichtung 18 eingerichtet. Die Betätigungsvorrichtung 18 ist im Allgemeinen dazu eingerichtet, mittels einer Eingabekraft 20 durch einen Nutzer beaufschlagt und in der Folge ausgelenkt zu werden. Durch die Auslenkung der Betätigungsvorrichtung 18 wird eine Kraft 22 von der Betätigungsvorrichtung 18, hier dem Pedal, auf die Sensoranordnung 10 ausgeübt.

Da die Kraftsensoren 12 der Sensorgruppe 11A vorliegend entsprechend einer Reihenanordnung positioniert sind, wird die Kraft 22 vorliegend zunächst auf den ersten Kraftsensor 12A ausgeübt, der benachbart zur Betätigungsvorrichtung 18 angeordnet ist und mit diesem mechanisch gekoppelt ist. Die Kraftsensoren 12 sind derart eingerichtet, dass sie die Kraft, mit der sie beaufschlagt werden, unbeeinflusst an nachfolgend mechanisch gekoppelte Kraftsensoren 12 weitervermitteln. Deshalb wird die von der Betätigungsvorrichtung 18 ausgeübte Kraft 22 gleichermaßen auf den zweiten Kraftsensor 12B und den dritten Kraftsensor 12C ausgeübt.

Folglich erfassen sämtliche Kraftsensoren 12 eine gleiche, jeweils auf sie einwirkende Kraft. Die durch die Betätigungsvorrichtung 18 ausgeübte Kraft teilt sich nicht in Teilkräfte auf.

Die Steuervorrichtung 14 ist eingerichtet, um basierend auf einem empfangenen Messsignal eine von der Betätigungsvorrichtung 18 ausgeübte Kraft 22 zu bestimmen. Durch die Bestimmung der von der Betätigungsvorrichtung 18 ausgeübten Kraft 22 wird ein Maß für die mittels einer Benutzereingabe auf die Betätigungsvorrichtung 18 ausgeübten Eingabekraft 20 bereitgestellt.

Vorliegend ist die Steuervorrichtung 14 mit einer Speichervorrichtung 23 gekoppelt, die Informationen über die Topologie der Kraftsensoren 12 entsprechend der Reihenanordnung umfasst. Dadurch erhält die Steuervorrichtung 14 vorliegend Informationen darüber, wie das empfangene Messsignal auszuwerten ist, um die von der Betätigungsvorrichtung 18 ausgeübte Kraft 22 zu bestimmen.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung 10 mit übereinanderliegend angeordneten Kraftsensoren 12 und einer Betätigungsvorrichtung 18. Es wird hier nur auf die Unterschiede zur Sensoranordnung 10 der vorhergehenden Figur eingegangen.

Im Unterschied zu der Sensorgruppe 11A der Sensoranordnung 10, die in der vorhergehenden Figur gezeigt ist, weist die Sensorgruppe 11 B der hier gezeigten Sensoranordnung 10 nebeneinanderliegend angeordnete Kraftsensoren 12A, 12B auf. Das bedeutet, gemäß der Sensorgruppe 11 B sind der erste Kraftsensor 12A und der zweite Kraftsensor 12B bezüglich der Betätigungsvorrichtung 18 nebeneinanderliegend angeordnet. Sie sind also entsprechend einer Parallelanordnung bezüglich der Betätigungsvorrichtung 18 positioniert.

Um eine Aufteilung der von der Betätigungsvorrichtung 18 ausgeübten Kraft 22 zu gewährleisten, weist die Sensoranordnung 10 vorliegend einen Waagebalken 24 auf. Mittels des Waagebalkens 24 wird die von der Betätigungsvorrichtung 18 ausgeübte Kraft 22 in T eilkräfte 25A, 25B aufgeteilt. Die T eilkräfte 25A, 25B wirken jeweils einzeln auf einen der Kraftsensoren 12A, 12B, die mit dem Waagebalken 24 mechanisch gekoppelt sind.

Vorliegend umfasst die Sensorgruppe 11 B der Sensoranordnung 10 zudem einen dritten Kraftsensor 12C, der bezüglich des ersten Kraftsensors 12A und des zweiten Kraftsensors 12B übereinanderliegend zu diesen angeordnet ist. Das bedeutet, dass die durch die Kraftsensoren 12A, 12B vermittelten Kräfte gemeinsam auf den mechanisch gekoppelten, dritten Kraftsensor 12C einwirken. Die Teilkräfte 25A, 25B summieren sich bezüglich des dritten Kraftsensors 12C. Vorliegend ist der dritte Kraftsensor 12C mit der Steuervorrichtung 14 der Sensoranordnung 10 gekoppelt.

Der dritte Kraftsensor 12C ist jedoch hinsichtlich der Sensorgruppe 11 B optional. Anstatt des dritten Kraftsensors 12C, kann optional auch einer des ersten Kraftsensors 12A und des zweiten Kraftsensors 12B oder beide davon mit der Steuervorrichtung 14 gekoppelt sein.

Wiederum ist die Steuervorrichtung 14 eingerichtet, um basierend auf einem Messsignal eine von der Betätigungsvorrichtung 18 ausgeübte Kraft 22 zu bestimmen. Dazu kann die Steuervorrichtung 14 Topologiedaten heranziehen, die in der Speichervorrichtung 23 abgelegt sind.

Optional kann die Sensoranordnung 10 weitere Kraftsensoren 12 umfassen. Auch kann die Sensoranordnung 10 mehrere Sensorgruppen 11A, 11 B gleicher oder unterschiedlicher Topologie (Reihenanordnung, Parallelanordnung) aufweisen. Im Allgemeinen umfasst die Sensoranordnung 10 jedoch lediglich eine einzelne Steuervorrichtung 14.

Durch die Nutzung einer Mehrzahl an Kraftsensoren 12 wird eine Redundanz bezüglich der von der Betätigungsvorrichtung 18 ausgeübten Kraft 22 geschaffen.

Optional ist die Sensoranordnung 10 derart, dass die Steuervorrichtung 14 zumindest zwei Messsignale empfängt. Die Sensoranordnung 10 ist dann derart, dass sie die Messsignale miteinander vergleichen kann und eine Signaldifferenz zwischen den empfangenen Messsignalen bestimmen kann. Dabei wird die jeweilige Topologie der Sensorgruppen 11A, 11 B berücksichtigt, beispielsweise durch Topologiedaten, die in der Speichervorrichtung 23 abgelegt sind.

Die Steuervorrichtung 14 ist eingerichtet, um zwei Messsignale als paarweise zueinander korrespondierend anzusehen, wenn die Signaldifferenz zwischen diesen kleiner als ein vorbestimmter Differenzschwellwert ist, wobei die Topologien der beteiligten Sensorgruppen 11A, 11 B berücksichtigt werden. Die Erfüllung eines Korrespondenzkriteriums kann Voraussetzung dafür sein, dass durch die Steuervorrichtung 14 ein Kraftsignal für eine Motorsteuervorrichtung, eine Bremssteuervorrichtung oder eine Lenksteuervorrichtung bereitgestellt wird, um die Steuerung eines Fahrzeugs zu ermöglichen. Wird der vorbestimmte Differenzschwellwert durch die Signaldifferenz überschritten, kann durch die Steuervorrichtung 14 ein Fehlermodus des Fahrzeugs ausgelöst werden.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 26 mit einer Sensoranordnung 10.

Die Sensoranordnung 10 ist mit einer Betätigungsvorrichtung 18 gekoppelt.

Das Fahrzeug 26 weist Räder 28 auf, denen jeweils eine elektrische Maschine 30 und eine Bremsvorrichtung 32 zugeordnet sind. Die elektrischen Maschinen 30 sind mit einer Motorsteuervorrichtung 34 gekoppelt. Die Bremsvorrichtungen 32 sind mit einer Bremssteuervorrichtung 36 gekoppelt.

Die Sensoranordnung 10 ist mit der Motorsteuervorrichtung 34 oder mit der Bremssteuervorrichtung 36 gekoppelt, abhängig davon ob die Betätigungsvorrichtung 18, hier das Pedal, ein Fahrpedal oder ein Bremspedal des Fahrzeugs 26 ist. Insbesondere ist die Steuervorrichtung 14 der Sensoranordnung 10 mit der Motorsteuervorrichtung 34 oder der Bremssteuervorrichtung 36 gekoppelt.

In einer alternativen Ausführungsform kann die Sensoranordnung 10 auch mit einer Betätigungsvorrichtung 18 gekoppelt sein, die eine Lenkwinkelvorgabevorrichtung für den Fahrer, beispielsweise ein Lenkrad des Fahrzeugs 26 umfasst. Die Lenkwinkelvorgabevorrichtung ist dann mit einer Lenksteuervorrichtung gekoppelt, die die Auslenkung der Räder 28 mittels eines Lenkaktors regelt. Ist die Betätigungsvorrichtung 18 eine Lenkwinkelvorgabevorrichtung des Fahrers, kann der Lenkwinkelwunsch entsprechend der Auslenkung der Betätigungsvorrichtung 18 gegenüber einem Bezugspunkt durch die Sensoranordnung 10 erfasst werden. Dann können die Räder 28 entsprechend der Lenkwinkelvorgabe des Fahrers mittels zugeordneter Lenkaktoren ausgelenkt werden.

Alternativ kann die Auslenkung der Räder 28 entsprechend der Lenkwinkelvorgabe des Fahrers auch gewährleistet werden, wenn die Räder 28 mit einem Aktor mit einer mechanischen Verbindung wie bei heutigen Fahrzeugen üblich gekoppelt sind. Die Sensoranordnung 10 ist ferner mit einer Ausgabevorrichtung 38 gekoppelt.

Nach erfolgter Bestimmung der durch die Betätigungsvorrichtung 18 ausgeübten Kraft 22, wird von der Steuervorrichtung 14 der Sensoranordnung 10 ein entsprechendes Kraftsignal an die Motorsteuervorrichtung 34, die Bremssteuervorrichtung 36 (oder die Lenksteuervorrichtung) ausgegeben, abhängig davon, ob das Pedal der Betätigungsvorrichtung 18 ein Fahrpedal, ein Bremspedal oder eine Lenkwinkelvorgabevorrichtung des Fahrzeugs 26 ist. Durch das Kraftsignal können die Motorsteuervorrichtung 34, die Bremssteuervorrichtung 36 (oder die Lenksteuervorrichtung) das Fahrzeug 26 entsprechend der Eingabe eines Nutzers steuern.

Wird durch die Steuervorrichtung 14 der Sensoranordnung 10 ein Fehlermodus erkannt, so kann die Sensoranordnung 10 an die Motorsteuervorrichtung 34 und/oder die Bremssteuervorrichtung 36 ein entsprechendes Stellsignal ausgeben, das den Fehlermodus des Fahrzeugs 26 auslöst. In diesem Fall können von der Motorsteuervorrichtung 34 beispielsweise die durch die elektrischen Maschinen 30 bereitgestellten Leistungsausgaben begrenzt werden.

Alternativ kann durch ein entsprechendes Stellsignal die Bremssteuervorrichtung 36 eingerichtet sein, um einen Notbremsvorgang des Fahrzeugs 26 mittels der Bremsvorrichtungen 32 auszulösen.

Ferner kann von der Sensoranordnung 10 mittels der Ausgabevorrichtung 38 eine entsprechende Benachrichtigung über den Fehlermodus des Fahrzeugs 26 für einen Nutzer des Fahrzeugs 26 bereitgestellt werden.

In der vorliegenden Anmeldung kann auf Mengen und Zahlen Bezug genommen werden. Sofern nicht ausdrücklich angegeben, sind solche Mengen und Zahlen nicht als einschränkend zu betrachten, sondern als Beispiele für die möglichen Mengen oder Zahlen im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung. In diesem Zusammenhang kann in der vorliegenden Anmeldung auch der Begriff "Mehrzahl" verwendet werden, um auf eine Menge oder Zahl zu verweisen. In diesem Zusammenhang ist mit dem Begriff "Mehrzahl" jede Zahl gemeint, die größer als eins ist, z. B. zwei, drei, vier, fünf, usw. Die Begriffe "etwa", "ungefähr", "nahe" usw. bedeuten plus oder minus 5 % des angegebenen Wertes.