DE102015209189A1 - Pedal with an actuator for generating a haptic perceptible signal - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Pedal mit zumindest einem Aktor (4) zum Erzeugen eines haptisch wahrnehmbaren Signals beschrieben, wobei das Pedal einen Pedalgrundkörper (1) und eine Bedienplatte aufweist. Zumindest ein Teil (2) der Bedienplatte ist gegenüber dem Pedalgrundkörper (1) auslenkbar gelagert und durch Aktivierung des zumindest einen Aktors (2) auslenkbar. Der bewegliche Teil der Bedienplatte ist dabei als eine schwingfähige Membran (2) ausgebildet, welche an zumindest einem Ende (5) am Pedalgrundkörper schwingungsfähig bzw. auslenkbar gelagert ist und der Aktor (4) in einem Hohlraum (3) des Pedalgrundkörpers ausschließlich an der Membran (2) befestigt ist.A pedal with at least one actuator (4) for generating a haptic-perceptible signal is described, wherein the pedal has a basic pedal body (1) and a control panel. At least a part (2) of the control panel is mounted so as to be deflectable relative to the basic pedal body (1) and can be deflected by activation of the at least one actuator (2). The movable part of the control panel is designed as a vibratable membrane (2) which is mounted on at least one end (5) on the pedal body oscillatory or deflectable and the actuator (4) in a cavity (3) of the Pedalgrundkörpers exclusively on the membrane (2) is attached.

Description

Die Erfindung betrifft ein Pedal gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Pedale in Fahrzeugen, insbesondere das Gaspedal, werden zunehmend mit einem Aktor versehen, um dem Fahrer des Fahrzeuges ein haptisch wahrnehmbares Signal bei bestimmten Verkehrssituationen, beispielsweise dem Unterschreiten eines Mindestabstandes oder einem anstehenden Gangwechsel oder einer unökonomischen Fahrweise, beispielsweise dem Abweichen von einem optimalen Geschwindigkeit- oder Drehmomenten Bereich zu signalisieren. The invention relates to a pedal according to the preamble of claim 1. Pedals in vehicles, especially the accelerator, are increasingly provided with an actuator to the driver of the vehicle a haptic perceptible signal in certain traffic situations, such as falling below a minimum distance or a pending gear change or an uneconomic driving style, for example, to signal the deviation from an optimal speed or torque range.

Dazu werden so genannte „Force-Feedback-Pedale“, wie beispielsweise in der EP 1375233 B1 oder DE 10 2009 041 361 A1 , üblicherweise mit elektrischen Aktoren versehen, welche auf Basis von rotierenden Elektromotoren oder aber elektromagnetischen Linearantrieben arbeiten. Solche Aktoren ermöglichen eine gezielte Steuerung der Gegenkraft-Kennlinie, sind jedoch entsprechend aufwendig, teuer und weisen einen nicht unerheblichen Stromverbrauch auf. These are called "force feedback pedals", such as in the EP 1375233 B1 or DE 10 2009 041 361 A1 , Usually provided with electrical actuators, which operate on the basis of rotating electric motors or electromagnetic linear actuators. Such actuators allow targeted control of the drag characteristic, but are correspondingly expensive, expensive and have a significant power consumption.

Darüber hinaus sind beispielsweise aus der DE 100 26 048 C2 oder DE 202010007324 U1 Pedale mit einer Vibrationseinrichtung bekannt, welche beispielsweise auf Basis piezoelektrischer Aktoren immer noch optisch wahrnehmbare Signale am Pedal erzeugen, ohne dass jedoch die Stärke und Arbeitsamplitude einer solchen Vibrationseinrichtung dafür ausreichen würde, eine direkte Gegenkraft-Rückkopplung über den Arbeitsbereich des Pedal hinweg zu ermöglichen.In addition, for example, from the DE 100 26 048 C2 or DE 202010007324 U1 Pedals with a vibrating device are known, which still produce optically perceptible signals on the pedal, for example, based on piezoelectric actuators, but without the strength and working amplitude of such a vibration device would be sufficient to allow a direct reaction force feedback over the working range of the pedal away.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein solches Pedal so weiterzubilden, dass es kostengünstig zu realisieren ist und eine verbesserte Wahrnehmbarkeit des haptischen Signals aufweist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.The object of the present invention is to develop such a pedal so that it is inexpensive to implement and has an improved perceptibility of the haptic signal. This object is solved by the features of the independent claims. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims, and combinations and developments of individual features are conceivable with each other.

Grundgedanke der Erfindung ist dabei, dass der bewegliche Teil der Bedienplatte als eine schwingfähige Membran ausgebildet ist, welche an zumindest einem Ende am Pedalgrundkörper schwingungsfähig bzw. auslenkbar gelagert ist und der Aktor in einem Hohlraum des Pedalgrundkörpers ausschließlich an der Membran befestigt ist. The basic idea of the invention is that the movable part of the control panel is designed as a vibrating diaphragm, which is mounted on at least one end of the pedal body oscillatory or deflectable and the actuator is mounted in a cavity of the Pedalgrundkörpers exclusively on the membrane.

Dadurch ist die Membran mit dem Aktor von dem restlichen Pedalgrundkörper weitgehend entkoppelt und kann die Schwingungsenergie über die Membran gut an den Fahrerfuß weitergeben.As a result, the membrane with the actuator is largely decoupled from the rest of the pedal body and can pass the vibration energy across the membrane well to the driver's foot.

Dazu weist der Hohlraum vorzugsweise ein Übermaß gegenüber dem Aktor bzw. auch der Membran auf, so dass die Membran mit dem Aktor im Hohlraum frei schwingungsfähig ist. Insbesondere ist der Hohlraum also so tief, dass Membran und Aktor nicht auf dem gegenüberliegenden Boden des Hohlraums aufschlagen. For this purpose, the cavity preferably has an excess in relation to the actuator or the membrane, so that the membrane with the actuator in the cavity is free to vibrate. In particular, the cavity is so deep that the membrane and actuator do not hit the opposite bottom of the cavity.

Der Aktor wird dabei vorzugsweise mit Schwingungen einer vorgegebenen Anregungsfrequenz angeregt und sind die Eigenfrequenz der Membran und die Anregungsfrequenz des Aktors so zueinander ausgelegt, dass sich die Anregungsschwingungen zumindest teilweise überlagern, die Schwingung sich also entsprechend verstärkt, es also beispielsweise zu einer Resonanz, also Überlagerung der Schwingungen kommt. The actuator is preferably excited with vibrations of a predetermined excitation frequency and the natural frequency of the diaphragm and the excitation frequency of the actuator are designed to each other so that the excitation vibrations at least partially overlap, so the vibration amplified accordingly, so it for example to a resonance, so superposition the vibrations are coming.

Die Membran kann aus einem dünnen Metall oder aber vorzugsweise aus einem Elastomer geformt sein, und so beispielsweise in einem Zwei-Komponenten-Spritzgussprozess beispielsweise mit dem Pedalgrundkörper zusammen gefertigt und der Aktor durch eine entsprechende Öffnung hindurch im Hohlraum an der Membran befestigt werden. Die Enden 5 sind dabei entsprechend verjüngt, um eine möglichst weitgehende Entkopplung zu erreichen, andererseits durch die Wahl geeigneter Materialien so gestaltet, dass die Membran auch unter Schwingungsbelastung nicht vom Pedalgrundkörper 1 abreißt.The membrane may be formed of a thin metal or, preferably, of an elastomer, and thus, for example, made together in a two-component injection molding process with the pedal body and the actuator secured through a corresponding opening in the cavity on the membrane. The ends 5 are tapered accordingly, in order to achieve the greatest possible decoupling, on the other hand designed by the choice of suitable materials so that the membrane is not under vibration stress from the pedal body 1 interrupted.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Membran zum Fahrerfuß hin konvex gewölbt. Durch Auflegen des Fahrerfußes kann damit die Membran unter Spannung gebracht und so das haptische Signal noch besser in den Fahrerfuß ein gekoppelt werden. In a further preferred embodiment, the membrane is convexly curved toward the driver's foot. By placing the driver's foot can thus brought the membrane under tension and so the haptic signal even better coupled into the driver's foot.

Vorzugsweise weist der Aktor darüber hinaus eine flexible oder drahtlose elektrische Energiezufuhr auf.Preferably, the actuator further comprises a flexible or wireless electrical power supply.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.The invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the figures.

1 zeigt dabei eine hängende Ausführung des Pedals mit einem Pedalgrundkörper 1 und einer als Membran 2 ausgestalteten Bedienplatte, welche hier vorzugsweise an beiden gegenüberliegenden Enden, zumindest aber an einem Ende, schwingungsfähig bzw. auslenkbar gelagert ist. 1 shows a hanging version of the pedal with a pedal body 1 and one as a membrane 2 designed control panel, which is preferably mounted here at both opposite ends, but at least at one end, vibratory or deflectable.

Der Aktor 4 ist in einem Hohlraum 3 des Pedalgrundkörpers ausschließlich an der Membran 2 befestigt. In dem sich der Aktor 4 nicht auf dem Pedalgrundkörper 1 abstützt und die Membran 2 an ihren Enden 5 schwingungsfähig gelagert ist, wird die Energie des Aktors 4 über die Membran 2 weitestgehend unmittelbar an den Fahrerfuß 6 weitergegeben. The actor 4 is in a cavity 3 of the Pedalgrundkörpers exclusively on the membrane 2 attached. In which is the actor 4 not on the pedal body 1 supports and the membrane 2 at their ends 5 is stored vibratory, the energy of the actuator 4 over the membrane 2 largely directly to the driver's foot 6 passed.

Wie in 1 gut zu erkennen, hat der Hohlraum 3 ein Übermaß gegenüber dem Aktor 2, so dass die Membran 2 mit dem Aktor 4 im Hohlraum 3 frei schwingungsfähig ist. Der Aktor 4 wird dabei mit Schwingungen einer vorgegebenen Anregungsfrequenz angeregt und sind die Eigenfrequenz der Membran 2 und die Anregungsfrequenz des Aktors 4 so zueinander ausgelegt, dass sich die Anregungsschwingungen überlagern, es also zur Resonanz kommt. As in 1 the cavity has good visibility 3 an excess over the actor 2 so that the membrane 2 with the actor 4 in the cavity 3 is free to oscillate. The actor 4 is excited with vibrations of a given excitation frequency and are the natural frequency of the membrane 2 and the excitation frequency of the actuator 4 designed to each other so that the excitation vibrations superimpose, so it comes to resonance.

Die Membran 2 gemäß 1 ist dabei auch zum Fahrerfuß hin konvex gewölbt. Der Aktor weist in diesem Ausführungsbeispiel eine drahtlose elektrische Energiezufuhr auf.The membrane 2 according to 1 is convexly arched towards the driver's foot. The actuator has a wireless electrical power supply in this embodiment.

2 skizziert eine alternative Ausgestaltung und skizziert darüber hinaus mit 6 den aufliegenden Fahrerfuß bzw. dessen Schuhsohle. 2 outlines an alternative embodiment and also outlines with 6 the resting driver's foot or his shoe sole.

3 und 4 skizzieren eine weitere alternative Ausgestaltung und Formgebung von Pedalgrundkörper 1 und Membran 2, wobei wiederum der Aktor 4 im Hohlraum 3 entkoppelt vom Pedalgrundkörper 1 freischwingungsfähig angeordnet ist. Durch diese Entkopplung ist es möglich den haptischen Effekt an der Pedalplatte deutlich zu verbessern, die Wahrnehmung durch den Fahrerfuß kann so optimiert werden. Durch einen deutlich höheren haptischen Wirkungsgrad, ist es möglich die verwendeten Aktoren energieeffizienter zu betreiben, oder deren Baugröße zu reduzieren. Dadurch lassen sich auch mögliche Störeinflüsse der Pedalsensorik durch die eingeleitete Vibration minimieren. 3 skizziert dabei eine mögliche flexible elektrische Verbindung vom Aktor 4 über schwingungsfähige Geräte an die Membran 2 und von dort über die Enden 5 in den Pedalgrundkörper 1. 3 and 4 sketch another alternative design and shaping of Pedalgrundkörper 1 and membrane 2 , again, the actor 4 in the cavity 3 decoupled from the pedal body 1 is arranged freely vibrating. Through this decoupling, it is possible to significantly improve the haptic effect on the pedal plate, the perception by the driver's foot can be optimized. Due to a significantly higher haptic efficiency, it is possible to operate the actuators used more energy efficient, or to reduce their size. As a result, possible interference effects of the pedal sensor can be minimized by the introduced vibration. 3 outlines a possible flexible electrical connection from the actuator 4 via vibratory devices to the membrane 2 and from there over the ends 5 in the pedal body 1 ,

Die hier voranstehend beschriebenen Pedale werden vorzugsweise als Gaspedal für Kraftfahrzeuge für die eingangs bereits beschriebenen Funktionen verwendet.The pedals described above are preferably used as accelerator pedal for motor vehicles for the functions already described above.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (7)

Pedal mit zumindest einem Aktor (4) zum Erzeugen eines haptisch wahrnehmbaren Signals, wobei das Pedal einen Pedalgrundkörper (1) und eine Bedienplatte aufweist, wobei zumindest ein Teil (2) der Bedienplatte gegenüber dem Pedalgrundkörper (1) auslenkbar gelagert und durch Aktivierung des zumindest einen Aktors (2) auslenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Teil der Bedienplatte als eine schwingungsfähige Membran (2) ausgebildet ist, welche an zumindest einem Ende (5) am Pedalgrundkörper schwingungsfähig bzw. auslenkbar gelagert ist und der Aktor (4) in einem Hohlraum (3) des Pedalgrundkörpers ausschließlich an der Membran (2) befestigt ist.Pedal with at least one actuator ( 4 ) for generating a haptic perceptible signal, wherein the pedal a pedal base ( 1 ) and a control panel, wherein at least a part ( 2 ) of the control panel relative to the pedal body ( 1 ) and by activating the at least one actuator ( 2 ) is deflectable, characterized in that the movable part of the control panel as a vibratory membrane ( 2 ) is formed, which at at least one end ( 5 ) is mounted on the pedal body vibratory or deflectable and the actuator ( 4 ) in a cavity ( 3 ) of the Pedalgrundkörpers exclusively on the membrane ( 2 ) is attached. Pedal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (3) ein Übermaß gegenüber dem Aktor (2) aufweist, so dass die Membran (2) mit dem Aktor (4) im Hohlraum (3) frei schwingungsfähig ist.Pedal according to claim 1, characterized in that the cavity ( 3 ) an excess of the actuator ( 2 ), so that the membrane ( 2 ) with the actuator ( 4 ) in the cavity ( 3 ) is freely oscillatory. Pedal nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (4) mit Schwingungen einer vorgegebenen Anregungsfrequenz angeregt und die Eigenfrequenz der Membran (2) und die Anregungsfrequenz des Aktors (4) so zueinander ausgelegt werden, dass sich die Anregungsschwingungen zumindest teilweise überlagern.Pedal according to claim 1 or 2, characterized in that the actuator ( 4 ) excited with vibrations of a predetermined excitation frequency and the natural frequency of the membrane ( 2 ) and the excitation frequency of the actuator ( 4 ) are designed to each other so that the excitation vibrations overlap at least partially. Pedal nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (2) aus einem Elastomer geformt istPedal according to any one of the preceding claims, characterized in that the membrane ( 2 ) is formed of an elastomer Pedal nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (2) zum Fahrerfuß (6) hin konvex gewölbt ist.Pedal according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane ( 2 ) to the driver's foot ( 6 ) is curved convexly. Pedal nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (4) eine flexible oder drahtlose elektrische Energiezufuhr aufweist.Pedal according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 4 ) has a flexible or wireless electrical power supply. Fahrzeug mit einem Pedal nach einem der vorangehenden Ansprüche.Vehicle with a pedal according to one of the preceding claims.
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