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Die Erfindung betrifft eine Tragvorrichtung für mindestens ein im Fußraum eines Kraftfahrzeugs an einer Schwinge gelagertes Fußpedal zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs.
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Aus der
DE 195 01 859 A1 ist eine derartige Tragvorrichtung für ein Pedalwerk bekannt, das aus einem Trägerelement, einem Lagerbock und mindestens einem daran angelenkten Fußpedal besteht. Das Trägerelement erstreckt sich über die gesamte Fahrzeugbreite und ist als biegesteifes Rohr ausgebildet. Um eventuelle Fußverletzungen bei einem Frontalaufprall zu verhindern, ist das Trägerelement zur Erhöhung der Biegesteifigkeit über zwei Stützwangen am Mitteltunnel abgestützt. Die Betätigung eines Bremszylinders und eines entsprechend zugeordneten Bremskraftverstärkers erfolgt über eine mechanische Verbindung durch die Spritzwand hindurch.
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Hierbei ist eine Pedalverstellung nur durch ein Schwenken des Fußpedals um die Pedalschwenkachse möglich. Da außer dem Lagerblock auch die verschiebbare Lenksäule an dem Trägerelement befestigt ist, muss aus Festigkeitsgründen das Trägerelement, für die Abstützung eines Frontalaufpralls oder eines Seitenaufpralls entsprechend formsteif dimensioniert sein.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Problemstellung zugrunde, eine Tragvorrichtung für ein im Fußraum eines Kraftfahrzeugs gelagertes Fußpedal zu entwickeln, das eine Verstellung des Fußpedals ermöglicht und im Crashfall eine kontrollierte Schwenkbewegung ausführt.
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Diese Problemstellung jeweils wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Dazu ist an einer Tragvorrichtung mindestens ein im Fußraum eines Kraftfahrzeugs an einer Schwinge gelagertes Fußpedal angebracht. Die Tragvorrichtung hat zwei Träger, die in Fahrtrichtung gesehen hintereinander liegend so angeordnet, dass im Bereich des Fußraums die Schwinge an beiden Trägern gelagert ist. Dazu sind an den Trägern Koppelarme angelenkt, die zur gelenkigen Lagerung der Schwinge dienen.
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Zur Verschwenkung des Fußpedals umfasst mindestens einer dieser Koppelarme eine Längenverstellvorrichtung.
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Die Träger sind annähernd quer aber nicht zwingend parallel zur Fahrtrichtung eingebaut und dienen außer zur Lagerung der Lenksäule sowie der Aufnahme von Schwinge und Pedal auch der strukturellen Abstützung beim Front- und Seitencrash. Weiter sind diese Träger auch zur Abstützung der Armaturentafel und Lagerung weiterer Interieureinbauteile vorgesehen. Hierzu können die Träger in ihrer Gestaltung vom geradlinigen Verlauf abweichen und an möglichen Kontaktbereichen entsprechende Abflachungen oder Eindrückungen aufweisen.
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Die Träger der Tragvorrichtung sind zur einfachen und kostengünstigen Herstellung als Rohre ausgelegt, wobei jedoch beliebige andere geschlossene oder offene Profile möglich sind.
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Beiden Trägern sind Koppelarme zugeordnet, wobei z. B. der Koppelarm des hinteren Trägers starr angebunden ist. An dem freien Ende dieses Koppelarms befindet sich ein Führungselement, das in einem Langloch einer Schwinge aufgenommen ist. Dieses Führungselement kann beispielsweise ein Bolzen oder Gleitstein sein. Zur Reduzierung von Reibung kann auf den Bolzen eine Walze oder auch ein Wälzlager, beispielsweise ein Nadellager aufgebracht werden. Letztere Ausführungen des Führungselements eignen sich besonders, wenn das in der Schwinge befindliche Langloch von der geradlinigen Form abweicht und als gekrümmtes oder geschweiftes Langloch ausgebildet ist. Derartige Langlochformen sind dann von Interesse, wenn bei einer Pedalverschiebung spezielle Bewegungsbahnen gewünscht sind. Im Fall der Erfindung dient das Langloch zur Verschiebung der Schwinge im Crashfall. Die Schwinge verschiebt sich, geführt durch das Langloch entlang des Führungselements. Eine Krümmung des Langlochs würde demzufolge eine Richtungsänderung der Schwingenbewegung bewirken.
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Der Koppelarm des vorderen Trägers umfasst beispielsweise eine elektrisch angetriebene Längenverstellvorrichtung in Ausführung eines Schraubgetriebes. Die Längenänderungen des Koppelarms bewirken ein Schwenken der Schwinge, wobei die Längenverstellvorrichtung z. B. auch als Zahnstangengetriebe oder auch als Kniehebeltrieb mit elektrischem oder hydraulischem Antrieb ausführbar ist. Eine rein hydraulische Ausführung unter Verwendung eines Hydraulikkolbens ist ebenso denkbar.
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Zum Beispiel ist parallel zur Schwinge ein Bremszylinder mit Kolbenstange angebracht. Der Zylinder ist an der Schwinge befestigt, wogegen die Kolbenstange am Pedal angelenkt ist. Die Positionierung dieses Bremszylinders mit Kolbenstange kann an jeder Seite der Schwinge erfolgen. Die Kombination von Schwinge, Pedal, Koppelarmen und des Bremszylinders mit Kolbenstange stellt eine geschlossene Baugruppe dar und kann gegebenenfalls ganz oder teilweise als Vormontageeinheit zusammengebaut werden.
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Innerhalb der Tragvorrichtung kann jedes Pedal auch einzelne an einer separaten Schwinge angeordnet sein. Hierbei können die einzelnen Schwingen auch unterschiedlich ausgeführt sein. Die Unterschiede können u. a. in der Gestaltung, der Dimensionierung, der Bauteillänge und/oder der Gelenkabstände liegen.
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Die Baugruppe aus Schwingen, Pedalen, Koppelarmen und beispielsweise hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Betätigungselementen ist von der Spritzwand abgekoppelt im Fußraum positioniert und hat keine mechanische, durch die Spritzwand ragende Verbindung. Diese Baugruppe ist daher von der Positionierung unabhängiger als bisherige Ausführungen und eignet sich gut für die wahlweise Anordnung im rechten und/oder linken Fußraum. Außerdem ist durch das Zusammenfassen in einer Baugruppe und die unabhängige Positionierung ein Betrieb nach dem By-Wire-Prinzip möglich.
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Zwischen der Spritzwand und dem Pedal ist ein Rücksteller für die Pedalrückstellung eingebaut. Dieser Rücksteller hat durch einen integrierten Leerhub die Möglichkeit, bei crashbedingten Deformationen der Spritzwand eine Verformung in Länge des Leerhubs ohne Pedalverstellung zuzulassen. Ist dieser Leerhub verbraucht, übernimmt dieser Rücksteller die Funktion eines Schubgliedes und drückt bei weiterer Deformation das Pedal oder eine Gruppe von Pedalen aus dem direkten Gefahrenbereich des Fußes. Außerdem stellt dieser Rücksteller für die deformierende Spritzwand einen Widerstand dar. Durch seine Abstützung und sein definiertes Schwenken im Bereich des Pedals wird somit ein deformationsreduzierter Raum geschaffen. Durch die Kombination mit einer elektrischen Lenksäulenverstellung kann im Crashfall, soweit möglich mit oder nach dem Verschwenken des Pedals die Lenksäule automatisch vom Fahrer wegverschoben werden.
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An der Tragvorrichtung ist außer der Schwinge und dem Pedal eine teleskopartig verstellbare Lenksäule befestigt. Beide Vorrichtungen – Schwinge mit Pedal und Lenksäule – sind elektrisch verstellbar und können zueinander in ihren Verstellwegen kombiniert werden. Weiter sind in diesem Fall die Kombination mit einer ebenfalls elektrisch verstellbaren Fußstütze und einem elektrisch verstellbaren Fahrersitz möglich.
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Fahrzeuge, die mit elektronisch einstellbaren Positionsspeichern für die beschriebenen Verstellorgane ausgestattet sind, lassen individuelle abrufbare Einstellungen für mehrere Fahrzeugbenutzer zu.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausführungsform.
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1: Tragvorrichtung mit Längenverstellvorrichtung, zwei Trägern und einer Schwinge;
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2: Tragvorrichtung mit Längenverstellvorrichtung, einem Träger und einer Schwinge.
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1 zeigt einen vorderen Fußraum 10 mit einem verstellbaren Fußpedal 40, einer verstellbaren Lenksäule 6 und einer durch Querträger 11, 15 gebildeten Tragvorrichtung.
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Diese Tragvorrichtung wird gebildet aus einem vorderen Querträger 11 und einem hinteren Querträger 15, wobei in Fahrtrichtung 8 gesehen der vordere Querträger 11 in seiner Position tiefer als der hintere Querträger 15 angeordnet ist. Beide Querträger 11, 15 sind Rohre und befinden sich im Bereich des Fußraums 10, wobei der vordere Querträger 11 näher zur Spritzwand 1 hin positioniert ist. An beiden Querträgern 11, 15 sind Koppelarme 12, 16 angebracht, die mit ihren von den Querträgern 11, 15 abgewandten Enden in den Fußraum 10 ragen. Letztere tragen an diesen Enden eine Schwinge 20. Im unteren Bereich des Querträgers 15 ist zur Verschiebung der Lenksäule 6 und des Lenkrades 4 entlang der Lenksäulenachse 5 eine Lenksäulenverschiebeführung 7 angebracht.
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Der Koppelarm 16 des Querträgers 15 ist als starrer Kragarm ausgebildet und weist im Bereich der Schwinge 20 ein Führungselement 22 auf. Dieses Führungselement 22 ist in einem Langloch 21 der Schwinge 20 aufgenommen, wobei das Führungselement 22 in Fahrtrichtung 8 gesehen im rechten Randbereich des Langloches 21 anliegt. Das Langloch 21 kann in seiner Position und Ausrichtung sowie in seiner Formgebung unterschiedlich sein. Eine beliebige Positionierung und/oder eine gekrümmte Langlochausführung ist in Abhängigkeit der Verschwenkung der Schwinge 20 und eines Pedals 40 denkbar.
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Der Koppelarm 12 des Querträgers 11 ist aus den Bauteilen 31, 32, 33 zusammengesetzt und schwenkbar am Querträger 11 über ein Gelenkauge und einen Gelenkzapfen gelagert, wobei das Verschwenken um eine Schwenkachse 37 erfolgt. Der Koppelarm 12 umfasst eine Längenverstellvorrichtung 30 und ist als Schraubgetriebe aus einer motorisch angetriebenen Gewindespindel 32 und einer Spindelmutter 33 aufgebaut.
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Das in Fahrtrichtung 8 vorne liegende Ende der Schwinge 20 weist eine Schwenkachse 42 mit einer Lagerstelle, gebildet durch ein Gelenkauge und einem Gelenkzapfen auf. Die Schwenkachse ist die Pedalschwenkachse 42, um die sich das Fußpedal 40 bei Betätigung verschwenken lässt. Das Fußpedal 40 weist auf der dem Fußraum 10 zugewandten Seite eine Druckplatte 41 auf. Oberhalb der Schwenkachse 42 befindet sich eine Schwenkachse 53 zur Anlenkung einer Kolbenstange 52 und einer Schubstange 65. Die Kolbenstange 52 beaufschlagt einen Bremszylinder 50, der mit seinem freien Ende um die Schwenkachse 51 verschwenkbar gelagert ist. Diese Lagerung wird beispielsweise aus einem Gelenkauge und einem Gelenkzapfen gebildet und ist z. B. über einen Kragarm 23 mit der Schwinge 20 verbunden. Parallel zur Kolbenstange 52 und Bremszylinder 50 ist ein Wegmeßsystem 54 angebracht.
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Die Schubstange 65 ist Teil eines Rückstellers 60. Dieser Rücksteller 60 besteht aus einem um die Schwenkachse 62 schwenkbaren Rückstellzylinder 61, einem im Rückstellzylinder 61 liegenden Rückstellkolben 63 und einer zwischen Rückstellzylinder 61 und Rückstellkolben 63 liegenden Feder 64. Der Rückstellkolben 63 ist mit der Schubstange 65 starr verbunden und weist einen Leerhub zwischen der innenliegenden Stirnseite des Rückstellzylinders 61 und dem Boden des Rückstellkolbens 63 auf.
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Bei einer Betätigung des Fußpedals 40 schwenkt dieses im Uhrzeigersinn um die Pedalschwenkachse 42. Der auf den Querträger 11 orientierte Pedalhebel – zwischen Pedalschwenkachse 42 und Schwenkachse 53 – schwenkt im Uhrzeigersinn von der Spritzwand 1 weg, wobei der Rückstellkolben 63 über die Schubstange 65 ein weiteres Zusammenspannen der Druckfeder 64 bewirkt. Über die Feder 64 wird das Fußpedal 40 nach der Betätigung wieder in die Ausgangsposition zurückgeschwenkt. Gleichzeitig mit der Schubstange 65 verschiebt sich die Kolbenstange 52 in Richtung des Bremszylinders 50. Da das Wegmeßsystem 54 zumindest annähernd parallel zur Kolbenstange 52 und Bremszylinder 50 angebracht ist und dieser die gleichen Verschiebewege erfährt, werden über das Wegmeßsystem 54 die Positionsveränderungen wie auch die Endpositionen der Kolbenstange 52 gegenüber dem Bremszylinder 50 ermittelt.
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Die bei der Pedalbetätigung auf die Pedalschwenkachse 42 wirkende Kraft wird im Wesentlichen über die Schwinge 20 und den Kragarm 16 am Querträger 15 abgestützt. Da der Koppelarm 12 des Querträgers 11 als Längenverstellvorrichtung 30 dient und sowohl am Querträger 11 wie auch an der Schwinge 20 durch die Anlenkpunkte in den Schwenkachsen 37, 38 schwenkbar ist, können hier im Wesentlichen nur quer zur Schwinge 20 auftretende Kräfte aufgenommen werden.
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Zur Verstellung des Fußpedals 40 wird dieses im nicht betätigten Zustand über die Schwinge 20 und um das im Langloch 21 der Schwinge 20 geführte Führungselement 22 geschwenkt. Das Verschwenken erfolgt über den Antrieb 31–33, der ein als Längenverstellvorrichtung 30 ausgelegter Koppelarm 12 ist. Der elektrisch angetriebene Motor 31 setzt die Gewindespindel 32 in Rotation. Es wird die rotierende schraubende Bewegung der Gewindespindel 32 in eine lineare Bewegung der Spindelmutter 33 umgewandelt, die über die Abstützung der Schwinge 20 am Kragarm 16 des Querträgers 15 ein Schwenken der Schwinge 20 erzeugt.
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Je nach Drehrichtung des Motors 31 wird ein Aufwärts- oder Abwärtsschwenken der Schwinge 20 und des Fußpedals 40 bewirkt. Der Motor 31 schwenkt hierbei um eine am Querträger 11 befindliche Schwenkachse 37. Die Spindelmutter 33 ist über die Schwenkachse 38 verschwenkbar auf der Schwinge 20 gelagert. Die Spindelmutter 33 ist hierbei über einen Gelenkzapfen in einer als Gelenkauge ausgebildeten Bohrung der Schwinge 20 angeordnet.
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Diese Lage der Längenverstellvorrichtung 30 und der Schwenkachsen 37, 38 ermöglicht ein einwandfreies und leichtes Verschwenken.
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Durch das Aufwärts- bzw. Abwärtsschwenken von Schwinge 20 und Fußpedal 40 wird über den Anlenkpunkt der Schubstange 65 in der Schwenkachse 53 die Neigung des Rückstellers 60 zum Fußpedal 40 verändert Die Kennwerte der Feder 64 sind so gewählt, dass eine mögliche Federvorspannung durch die Pedalverschwenkung keine zusätzlichen merkbaren Betätigungskräfte bewirken. Bremszylinder 50, Kolbenstange 52 und Wegmeßsystem 54 erfahren bei einer derartigen Verschwenkung keine Veränderung ihrer relativen Zuordnungen zur Schwinge 20 oder zum Fußpedal 40.
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Das Fußpedal 40, die Schwinge 20, die Koppelarme 12, 16 und der Bremszylinder 50 mit der Kolbenstange 52 sind über die im Fußraum 10 gelagerten Träger 11, 15 von der Spritzwand 1 abgekoppelt positioniert. Hierdurch entsteht ein freier Raum zwischen Spritzwand 1 und Fußpedal 40, der u. a. bei Deformationen im Crashfall Verformungen im Bereich der Spritzwand 1 aufnehmen kann. Im Crashfall kann die Spritzwand 1 in diesen freien Raum hineinverformt werden, ohne das Fußpedal 40 zu berühren. Erst nach einem Verbrauch dieses freien Raumes wird das Fußpedal 40 erreicht und verschoben.
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Wird bei einem Crash die Spritzwand 1 in Richtung des Fußpedals 40 verschoben, kann sich der Rücksteller 60 aufgrund seines Leerhubs zwischen dem Rückstellkolben 63 und dem Boden des Rückstellzylinders 61 – ohne ein Verschieben des Fußpedals 40 – in sich so lange zusammenschieben, bis der Boden des Rückstellzylinders 61 mit dem Rückstellkolben 63 zusammen stößt. Dies geschieht jedoch bevor das Fußpedal 40 selbst kontaktiert wird.
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Das Verschieben durch den Rücksteller 60 bewirkt, bedingt durch den langen Pedalhebelarm oberhalb der Pedalschwenkachse 42, ein Schwenken des Fußpedals 40 in Richtung auf die Spritzwand 1 hin. Die Kolbenstange 52 wird hierbei wie bei einer normalen Betätigung des Fußpedals 40 in den Bremszylinder 50 verschoben. Gleichzeitig wird die Schwinge 20 in Richtung der Armaturentafel 3 um die Länge des Langloches 21 verschoben. Die schwenkbare Längenverstellvorrichtung 30 verschwenkt hierbei die Schwinge 20 und zieht das Fußpedal 40 nach oben in Richtung des Querträgers 11.
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Alternativ kann auch die Längenverstellvorrichtung 30 durch einen Kragarm 12 ersetzt sein. Anstelle der Spindelmutter 33 tritt eine Führung ähnlich der des Kragarms 16, jedoch mit der Möglichkeit, vertikale und horizontale Verschiebungen zuzulassen. Das Verschwenken des Fußpedals 40 und der Schwinge 20 erfolgt über die gestrichelt dargestellte Verstellvorrichtung 70.
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Eine andere Lösungsvariante ist in 2 dargestellt. Dort wird auf den vorderen Träger vollständig verzichtet. Die Abstützung erfolgt über die Verstellvorrichtung 70. Letztere ist aus einem elektrisch betriebenen Motor mit Spindelmutter 72 und einer Gewindespindel 73 aufgebaut. Das freie Ende der Gewindespindel 73 ist um die Schwenkachse 71 schwenkbar über ein Gelenkauge und einem Gelenkbolzen an der Spritzwand 1 gelagert, wogegen der Anlenkpunkt des Motors mit Spindelmutter 72 auf der Pedalschwenkachse 42 liegt. Bei einem Crash werden die Fußpedale 40 durch die spritzwandseitige Abstützung der Verstellvorrichtung 70 um die Schwenkachse 71 aus dem mittleren Fußraumbereich in Richtung Spritzwand 1 verschwenkt werden.
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Am Fahrzeugboden 2 ist im Übergangsbereich der Spritzwand 1 eine verstellbare Fußstütze 80 vorgesehen. Sie besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 83 mit einer über einen elektrischen Motor 84 angetriebenen Gewindespindel 85. Der elektrische Motor 84 ist im Bereich der Spritzwand 1 im Gehäuse 83 fixiert. Das Gehäuses 83 nimmt einen Führungskörper 82 mit einer dem Fußraum 10 zugewandten Stützplatte 81 auf. Der Führungskörper 82 trägt eine Spindelmutter 86, die über die Rotation der Gewindespindel 85 eine Längsverschiebung des Führungskörpers 82 ermöglicht.
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Alternativ kann die Stützplatte 81 auch über einen Pedalhebel an der Schwinge 20 oder einer eigenen Schwinge befestigt sein. Auch hier ist die Verstellung der Stützplatte 81 bzw. der Fußstütze den Verstellungen der anderen Pedale anzupassen. Da sich die Stützplatte 81 in der Regel etwas weiter in Richtung Insasse in hinterster Position befindet, wird ein Vorlauf der anderen Pedale vorgesehen. Erst nach Verbrauch des Vorlaufes wird die Stützplatte 81 verstellt.
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Das gemeinsame Verschwenken des Fußpedals 40, das beispielsweise Verschieben der Fußstütze 80 sowie das teleskopartige Verschieben der Lenksäule 6 ermöglicht eine individuelle automatische oder teilautomatische Anpassung der Bedienelemente 4, 6, 40, 80 an wechselnde Fahrer.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spritzwand
- 2
- Fahrzeugboden
- 3
- Armaturentafel
- 4
- Lenkrad
- 5
- Lenksäulenachse
- 6
- Lenksäule
- 7
- Lenksäulenverschiebeführung
- 8
- Fahrtrichtung
- 9
- Fahrzeugaufstandsfläche
- 10
- Fußraum
- 11
- Querträger, vorn
- 12
- Koppelarm zu 11, 31–33
- 15
- Querträger, hinten
- 16
- Koppelarm zu 15
- 20
- Schwinge
- 21
- Langloch
- 22
- Führungselement
- 23
- Kragarm für Bremszylinder
- 30
- Längenverstellvorrichtung
- 31
- Motor
- 32
- Gewindespindel
- 33
- Spindelmutter
- 37
- Schwenkachse zu 31
- 38
- Schwenkachse zu 33
- 40
- Fußpedal
- 41
- Druckplatte
- 42
- Pedalschwenkachse
- 50
- Bremszylinder
- 51
- Schwenkachse zu 50
- 52
- Kolbenstange
- 53
- Schwenkachse zu 52
- 54
- Wegmeßsystem
- 60
- Rücksteller
- 61
- Rückstellzylinder
- 62
- Schwenkachse zu 61
- 63
- Rückstellkolben
- 64
- Feder
- 65
- Schubstange
- 70
- Verstellvorrichtung
- 71
- Schwenkachse zu 70
- 72
- Motor mit Spindelmutter
- 73
- Gewindespindel
- 80
- verschiebbare Fußstütze
- 81
- Stützplatte
- 82
- Führungskörper
- 83
- Gehäuse
- 84
- Motor
- 85
- Gewindespindel
- 86
- Spindelmutter
