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Die
Erfindung betrifft eine Pedaleinheit, eine Pedalbaugruppe und ein
Kraftfahrzeug.
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Bekannte
Pedaleinheiten weisen ein Grundelement und ein gegenüber diesem
bewegliches Pedalelement auf. Die Betätigung des Pedalelements erfolgt
durch Verstellung in einer Betätigungsrichtung (von
der Grundstellung in Richtung der Endstellung). Es ist mindestens
ein Rückstellelement
vorgesehen, das entgegen der Betätigungsrichtung
auf das Pedalelement wirkt und dieses bei Nichtbetätigung zurückstellt.
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Es
sind bereits Pedaleinheiten bekannt, bei denen zusätzlich eine
Motoreinheit zur Erzeugung einer variablen, steuerbaren Pedalkraft
vorgesehen sind. Bspw. in der EP-A-1369763 ist eine Pedaleinheit
beschrieben, bei der eine Motoreinheit mit einem Stator und einem
Rotor vorgesehen ist. Die Rotoreinheit ist mit dem Pedalelement
und die Statoreinheit mit dem Grundelement verbunden. Hierbei ist
ein Motorzapfen der als Torque-Motor ausgebildeten Motoreinheit über ein
Zugseil mit einer Pedaldreheinheit gekoppelt, die wiederum über ein
Hebelelement mit dem Pedalelement gekoppelt ist. Die Stellung des Pedalelements
wird durch eine Pedal-Sensoreinheit ermittelt. Eine Steuereinheit
ist mit der Motoreinheit verbunden und steuert diese zur Erzeugung
einer in speziellen Fahrsituationen benötigten Gegenkraft am Pedalelement
an. Eine Kopplungseinheit zwischen Pedalelement und Motor ist vorgesehen.
Bei defektem Motor kann das Pedalelement vom Motor durch Zerstörung der
Kopplungseinheit getrennt werden.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Pedaleinheit, eine Pedalbaugruppe
und ein Kraftfahrzeug mit einer Pedaleinheit oder einer Pedalbaugruppe
vorzuschlagen, bei den die Übertragung
der Kraft der Motoreinheit auf das Pedalelement mit einer vereinfachten,
kompakten Vorrichtung erreicht wird.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Pedaleinheit nach Anspruch 1, eine Pedalbaugruppe nach
Anspruch 15 und ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 8. Abhängige Ansprüche beziehen
sich auf vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung.
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Die
erfindungsgemäße Pedaleinheit
weist zunächst
eine Gegenkrafteinheit auf. Diese Einheit dient dazu, eine Gegenkraft
entgegen der Betätigung des
Pedal-elements bereitzustellen. Die variable Gegenkrafteinheit ist
bevorzugt steuerbar, d. h. daß die der
Bewegung entgegengesetzte Kraft von außerhalb gesteuert werden kann.
Bevorzugt wird als Gegenkraft-Einheit ein Motor, bspw. ein Elektromotor verwendet.
Alternativ kann aber auch jede andere Einheit eingesetzt werden,
die die erforderliche Gegenkraft bspw. mittels Federn, Reibung o.ä. bereitstellt.
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Weiter
weist die Pedaleinheit ein erstes Stößelelement auf, mit dem der
Rotor der Motoreinheit mit dem Pedalelement gekoppelt ist. Das Stößelelement
bewegt sich bei Drehung des Rotors in einer Ebene quer zur Drehachse.
Erfindungsgemäß liegt das
erste Stößelement
am Pedalelement an und ist durch diese Anlage mit diesem gekoppelt.
Diese Kopplung wirkt in der Weise, dass das Stößelelement eine Kraft nur entgegen
der Betätigungsrichtung
auf das Pedalelement übertragen
kann. Hingegen ist die Ubertragung einer Kraft in Betätigungsrichtung
nicht möglich.
Das Stößelelement
bildet so mit der Kontaktfläche
am Pedalelement eine Kopplungsvorrichtung, die bei Bedarf ohne Zerstörung entkoppelt
werden kann.
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Unter
der Anlage zwischen dem ersten Stößelelement und dem Pedalelement
wird eine einseitige Anlage verstanden. Diese steht im Gegensatz
zu einer festen Verbindung oder gelenkigen Kopplung, bspw. durch
Formschluss. Bei der erfindungsgemäßen Form der Anlage kann sich
das Pedalelement vom Stößelelement
abheben.
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Auf
diese Weise wird gewährleistet,
dass die Motoreinheit bzw. Gegenkrafteinheit nicht in der Weise
wirken kann, dass durch sie das Pedalelement heruntergedrückt oder
niedergehalten wird. Auch bei einer Fehlfunktion, Blockierung oder
Fehlansteuerung der Motoreinheit bzw. Gegenkrafteinheit ist damit
gewährleistet,
dass beim Einsatz der Pedaleinheit als Fahrpedal in einem Fahrzeug
kein vom Fahrer unerwünschtes
Gasgeben erfolgen kann. Auch die Rückstellung der Pedaleinheit
bei nachlassender Betätigung
wird durch die als reine Anlage gestaltete Kopplung verbessert,
da die Rückstellung
spontan und ohne Verzögerung
durch eine eventuelle Trägheit
der Motoreinheit bzw. Gegenkrafteinheit erfolgen kann.
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Die
erfindungsgemäße Lösung mit
einem Stößelelement,
das sich mit dem Rotor bewegt und am Pedalelement anliegt ist sehr
einfach gestaltet. Gegenüber
vorbekannten Pedaleinheiten mit einem Motor werden nur wenige Teile
benötigt.
Auch die Baugröße der erfindungsgemäßen Lösung ist
sehr gering und wird im wesentlichen durch den zur Erzeugung der
notwendigen Gegenkräfte
relativ groß dimensionierten
Motor bestimmt.
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Weiterbildungen
der Erfindung betreffen das Rückstellelement.
Einerseits kann als Rückstellelement
ein erstes Federelement zwischen dem Grundelement und dem ersten
Stößelelement
vorgesehen sein. Andererseits kann – alternativ oder zusätzlich hierzu – ein zweites
Stößelement
vorgesehen sein, dass mit dem Pedalelement gekoppelt und bevorzugt im
wesentlichen parallel zum ersten Stößelelement angeordnet ist.
Ein als Rückstellelement
wirkendes zweites Federelement ist zwischen dem Grundelement und
dem zweiten Stößelelement
vorgesehen. Das erste und zweite Federelement sind bevorzugt als
Spiralfedern ausgebildet, die sich am Grundelement oder an einem
mit dem Grundelement fest verbundenen Element abstützen und
auf die jeweiligen Stößelelemente
wirken. Hierzu können
die Stößelelemente
eine Aussparung zur Aufnahme und Führung der jeweiligen Federelemente
aufweisen. Weiter bevorzugt ist mindestens eine Führung vorgesehen ist,
um das erste und/oder das zweite Stößelelement so zu führen, daß es sich
im wesentlichen nur linear bewegt, besonders bevorzugt in seiner
Längsrichtung.
So wird die Bewegung der Stößelelemente
vorteilhafterweise weitgehend festgelegt.
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Bei
einer Konstruktion mit einem separaten Rückholelement ergibt sich der
Vorteil, dass eine Rückstellung
des Pedalelements unabhängig
von der Stellung des Motors bzw. Gegenkrafteinheit erfolgt.
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Andere
Weiterbildungen betreffen die Kopplung der Stößelelemente mit dem Pedalelement.
Hier kann zunächst
auch das zweite Stößelelement
lediglich einseitig am Pedalelement anliegen. Bevorzugt ist am Pedalelement
eine Aussparung gebildet, in der jeweils ein Teil der Stößelelemente
aufgenommen sein kann. Diese Aussparung, die bevorzugt schlitzförmig ausgebildet
ist, dient zur seitlichen Führung der
Stößelelemente
bei der Bewegung.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung liegen das erste und/oder das zweite
Stößelelement reibend
an dem Pedalelement an, d.h. dass es bei der gegenseitigen Bewegung
zu Reibung an der Berührungsfläche kommt.
Diese Reibung kann durch geeignete Wahl der Materialien, die Rauheit
der Oberfläche
sowie bevorzugt durch eine spezielle Reibbeschichtung an einem oder
beiden der reibenden Elemente vergrößert bzw. gezielt eingestellt
werden. Die bei der Bewegung entstehenden Reibungskräfte sind
bei der Betätigung
spürbar
und bewirken in der Kraft/Weg-Kennlinie des Pedals eine für den Betätigungskomfort
bevorzugte Hysterese. Die Hysterese kann zudem durch das Gegenkraft-element noch
geeignet gestaltet werden.
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Das
Gegenkraftelement ist bevorzugt als Torque-Motor ausgeführt, besonders
bevorzugt mit feststehenden Feldspulen am Stator und einer an verschiedenen
Stellen gegensätzlich
magnetisierten Magnetscheibe am Rotor. Zur Kopplung des Rotors mit
dem ersten Stößelelement
ist bevorzugt ein Rotorzapfen vorgesehen, der in eine Eingriffsöffnung des
ersten Stößelelements
eingreift.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ist das Pedalelement so ausgebildet,
dass sich von einem Pedaldrehpunkt aus ein erster und ein zweiter Pedalteil
in unterschiedliche, bevorzugt im wesentlichen gegenüberliegende
Richtungen erstrecken. Der erste Pedalteil weist eine Fußbetätigungsfläche auf während der
zweite Pedalteil wie beschrieben mit den Stößelelementen gekoppelt ist.
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Die
beschriebene Pedaleinheit weist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
einen Positionssensor zur Ermittlung der Position des Pedalelements
auf. Ein zusätzlicher
Positionssensor kann am Rotor vorgesehen sein. Wenn wie bevorzugt
ein erstes Federelement als Rückstellelement
auf den Rotor wirkt, kann auf einen separaten Sensor am Rotor verzichtet
werden, da dieser dann dem Pedalelement folgt.
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Als
Sensor kann jede Form eines bekannten Positions- bzw. Drehsensors
verwendet werden. Bevorzugt werden Hall-Sensoren und induktive Sensoren.
Besonders bevorzugt wird ein induktiver Positionssensor mit einem
am Pedalelement angebrachten induktiven Koppelelement, dem gegenüber am Grundelement
ein Spulenschaltkreis angeordnet ist. Der Spulenschaltkreis weist
mindestens eine Sende- und mindestens eine Empfangsspule auf, zwischen denen
das Koppelelement eine positionsabhängige, induktive Überkopplung
bewirkt. Durch Anordnung des Spulenschaltkreises entlang der Bahn
des Koppelelements bei Bewegung des Pedalelements, die üblicherweise
teilkreisförmig
sein wird, kann auf einfache Weise ein kostengünstiger und sehr genauer Sensor
realisiert werden.
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Bei
der erfindungsgemäßen Pedalbaugruppe
ist zusätzlich
zur oben beschriebenen Pedaleinheit eine Steuereinheit vorgesehen.
Die Steuereinheit steuert eine als Gegenkraftelement wirkende Motoreinheit
an, um eine gewünschte
Gegenkraft zu erzeugen. Auf diese Weise kann programmgesteuert die
der Betätigung
entgegenwirkende Rückstellkraft eingestellt
werden. Bspw. kann der Fahrer so auf Gefahrsituationen aufmerksam
gemacht werden.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung kann über die Ansteuerung auch eine
der bekannten Kick-Down-Funktion verwandte Kraftspitze in der Kraft/Weg-Kennlinie
der Pedalbetätigung
erzeugt werden. Diese wird bei einer bestimmten Auslenkung des Pedalelements,
für die
ein Wert in der Steuereinheit vorgegeben ist, aktiviert. Bei der
Betätigung
des Pedals fühlt
der Benutzer eine Kraftspitze, d.h. einen zunächst deutlich erhöhten Widerstand,
der sich durch erhöhten
Krafteinsatz aber überwinden
lässt, wonach
die Betätigungskraft
wieder absinkt. Auf diese Weise kann auf ein mechanisches Kick-Down-Element an der Pedaleinheit
vollständig
verzichtet werden, so dass sich entsprechende Einsparungen ergeben.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist
eine erfindungsgemäße Pedaleinheit
oder eine erfindungsgemäße Pedalbaugruppe
vorhanden. Es sei hier darauf hingewiesen, dass die Steuereinheit
nicht separat angeordnet sein muss, sondern bevorzugt in einer Schaltung
mit weiteren Funktionen, bspw. der Motorsteuerung, integriert sein
kann.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht einer Ausführungsform
einer Pedaleinheit mit geöffnetem
Gehäuse;
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2 einen
Teil der Pedaleinheit aus 1 in einer
ersten Position;
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3 einen
Teil der Pedaleinheit aus 1 in einer
zweiten Position;
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4 eine
Draufsicht in Richtung des Pfeils C in 1 auf Elemente
der Pedaleinheit innerhalb des Gehäuses in einer ersten Position;
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4a eine
vergrößerte detaillierte
Darstellung des Bereichs A aus 4;
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4b eine
Schnittansicht entlang der Linie B..B' in 4a;
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5 eine
Draufsicht auf Elemente der Fahrpedaleinheit aus 1 in
einer zweiten Position;
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6 eine
Draufsicht entsprechend 4, 5 mit blockierter
Motoreinheit;
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7-8 schematische
Darstellungen von Kraft/Weg-Kennlinien mit Kraftsprung, Hysterese und
im Fall einer Motorblockierung.
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In 1 ist
eine Pedaleinheit 10 mit einem Pedalelement 12 und
einem Grundelement 14 dargestellt.
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Das
Pedalelement 12 umfasst einen Drehpunkt 16 und
von diesem in gegenüberliegende
Richtungen ausgehend einen ersten Pedalteil 18a mit einer
Fußbetätigungsfläche und
einen zweiten Pedalteil 18b.
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Das
Grundelement 14 umfasst ein Gehäuse 20, in dem eine
hier nicht näher
dargestellte Lagerung am Drehpunkt 16 des Pedalelements 12 vorgesehen
ist. Innerhalb des in 1 geöffnet dargestellten Gehäuses 20 befindet
sich ein Torque-Motor 22 sowie ein erstes Stößelelement 24 und
ein zweites Stößelelement 26.
Diese sind in der Ansicht in 1 hintereinanderliegend
angeordnet, so dass nur das zweite Stößelelement 26 sichtbar
ist. Am ersten Stößelelement 24 ist
ein erstes Federelement 28, und am zweiten Stößelelement 26 ein
zweites Federelement 30 angeordnet. Wiederum ist hiervon
nur das zweite Federelement 30 sichtbar und verdeckt das dahinterliegende
zweite Federelemente 28. Die Federelemente 28, 30 wirken
jeweils zwischen der Wandung des Gehäuses 20 und den jeweils
zugehörigen
Stößelelementen 24, 26.
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Die
Pedaleinheit 10 ist als Fahrpedaleinheit in einem Kfz vorgesehen.
Hierbei ist das Gehäuse 20 fest
angeordnet. Das als hängendes
Pedal ausgeführte
Pedalelement 12 wird zwischen der in 1 dargestellten
Leerlaufstellung und einer Vollgasstellung in einer Betätigungsrichtung α betätigt. Hierfür ist eine
Betätigungskraft
F notwendig, um eine auslenkungsabhängige Gegenkraft auf das Pedalelement 12 zu überwinden,
die, wie im folgenden genauer erläutert wird, durch die als Rückstellelemente
wirkenden Federele mente 28, 30 sowie durch den
Motor 22 aufgebracht wird.
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Die
Stellung des Pedalelements 12 wird durch einen geeigneten
Sensor abgefragt und an die Motorsteuerung des Kfz weitergemeldet.
In der gezeigten Ausführungsform
wird ein induktiver Positionssensor verwendet. Hierfür ist innerhalb
des Kunststoffkörpers
des Pedalelements 12 ein induktives Koppelelement 32 angeordnet.
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In
den 2 und 3 wird bezüglich der im Gehäuse 20 angeordneten
Elemente die Betätigung des
Pedalelements 12 dargestellt. Hierbei zeigt 2 eine
Grundstellung (Leerlaufstellung), während in 3 das
Pedalelement 12 eine einem bestimmten Winkel α entsprechende
Betätigungsstellung
einnimmt. Entsprechend ist der zweite Pedalteil 18b in 3 gegenüber der 2 um
den Pedaldrehpunkt 16 herum gedreht dargestellt.
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Bei
der dargestellten Bewegung beschreibt das im Pedalelement 12 eingebettete
induktive Koppelelement 32 eine Bahn, die einem Teil eines
Kreisbogens entspricht. Auf einem Deckel des Gehäuses 20 (hier nicht
dargestellt) ist nahe über
dem induktiven Koppelelement 32 ein Spulenschaltkreis 34 angeordnet,
wobei das induktive Koppelelement 32, der Spulenschaltkreis 34 und
die zugehörige
Auswertungselektronik einen induktiven Wegsensor 33 darstellen,
wie er bspw. in der WO-A-03/038379 beschrieben ist. Hierbei ist
das induktive Koppelelement 32 als Resonanzkreis mit mindestens
einer Induktivität
und einer Kapazität
ausgebildet. Der Spulenschaltkreis 34 weist zwei räumlich in
Quadratur angeordnete Erregerspulen sowie eine darum als Schleife
angeordnete Empfängerspule
(nicht dargestellt) auf. Die Erregerspulen werden wie in WO-A-03/038379
beschrieben bestromt. Das induktive Koppelelement 32 bewirkt
eine von seiner Position relativ zum Spulenschaltkreis 34 abhängige Kopplung
zwischen den Erregerspulen und der Empfängerspule, so dass sich aus
den Signale in der Empfängerspule
exakt die Position des Pedalelements 18b ermitteln lässt.
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Hierbei
ist der Spulenschaltkreis 34 als Leiterplatte ausgeführt, wobei
entweder die gesamte Leiterplatte oder nur die darauf angebrachten
Spulen eine im wesentlichen der teilkreisförmigen Bahn des induktiven
Koppelelements 32 entsprechende Form und Erstreckung aufweisen.
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Die
Ermittlung der Pedalposition mittels des Sensors 33 ist
in den 4,5 gut erkennbar. Der hier separat
ohne den Gehäusedeckel
dargestellte Spulenschaltkreis 34 bleibt stationär, während sich ihm
gegenüber
mit geringem Luftspalt das induktive Koppelelement 32 entlang
bewegt. Die relative Position des Koppelelement 32 zum
Spulenschaltkreis 34 wird ermittelt und als Wert für die Pedalauslenkung verwendet,
d.h. als elektrisches Signal entweder analog oder digital an die
Motorsteuerung übermittelt.
Dort wird das Signal zur Steuerung des Fahrzeugmotors verwendet.
Zusätzlich
kann das Signal, wie unten näher
beschrieben, auch für
die Steuerung des Torque-Motors 22 verwendet werden.
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Anhand
der 2 und 3 sowie auch der 4, 4a, 4b, 5 wird
im folgenden das Zusammenwirken der Stößelelemente 24, 26,
Federelemente 28, 30 sowie des Motors 22 mit
dem Pedalelement 12 beschrieben.
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Der
Motor 22 ist ein Torque-Motor mit einem Stator 36 und
einem scheibenförmigen
Rotor 38. Der Stator 36 ist fest im Gehäuse 20 angeordnet
und die Rotorscheibe 38 dreht sich gegenüber dem
Stator. Zum Antrieb des Rotors 38 sind innerhalb des Stators 36 vier
Feldspulen angeordnet, die bei geeigneter Bestromung entsprechende
magnetische Felder erzeugen. Der Rotor 38 weist eine Magnetscheibe 40 auf,
die mit einem geringen Luftspalt unmittelbar neben den Feldspulen
angeordnet ist. Die Magnetscheibe 40 ist in vier Sektoren
jeweils sektorweise entgegengesetzt magnetisiert, so dass durch
geeignete Bestromung der Feldspulen eine gewünschte Stellung bzw. ein gewünschtes
Drehmoment am Rotor 38 eingestellt werden kann.
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An
der Rotorscheibe 38 ist parallel zur Motorachse ein Zapfen 42 angeordnet,
der in eine als Langloch ausgebildete Eingriffsöffnung 44 am ersten Stößelelement 24 eingreift.
Auf diese Weise ist das erste Stößelelement 24 mit
dem Rotor 38 so gekoppelt, dass es bei Drehung des Rotors 38 in
seiner Längsrichtung
bewegt wird.
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Die
Rotoreinheit muss nicht notwendigerweise als Rotorscheibe ausgebildet
sein, an der unmittelbar der Zapfen befestigt ist. In einer alternativen Ausgestaltung
können
auch andere Kopplungen des Stößelelements 24 mit
dem Rotor 38 vorgesehen sein. Bspw. kann die Drehbewegung
eines scheibenförmigen
Rotors auf eine zentrale Motorwelle übertragen werden, an der der
Zapfen 42 dann im Abstand befestigt ist, z. B. über einen
Hebel oder eine weitere Scheibe. Maßgeblich ist hierbei, dass
sich das Stößelelement
in einer Ebene quer zur Drehachse des Motors in Längsrichtung
bewegt.
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Die
ersten und zweiten Stößelelemente 24, 26 sind
parallel nebeneinander angeordnet. Sie sind jeweils im hinteren
Bereich hülsenförmig ausgebildet, wobei
die jeweils zugehörigen
Federelemente 28, 30 teilweise in den hülsenförmigen Bereichen
aufgenommen sind.
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Die
Stößelelemente 24, 26 sind
zwischen oberen und unteren Führungselementen 25 angeordnet,
die mit dem Deckel des Gehäuses 22 verbunden sind.
die Stößelelemente 24, 26 werden
durch die Führungen 25 so
geführt,
daß sie
sich nur in Längsrichtung
bewegen können.
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An
ihrem pedalseitigen Ende weisen die Stößelelement 24, 26 jeweils
Stegelemente 46, 48 auf. Mit diesen Stegelementen 46, 48 liegen
die Stößelelement 24, 26 am
Ende des zweiten Pedalteils 18b an.
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Der
Eingriff zwischen dem Pedalteil 18b und den Stößelelement 24, 26 ist
in den 4a, 4b im
Detail dargestellt. Hier ist erkennbar, dass im Pedalteil 18b schlitzförmige Aussparungen 50a, 50b gebildet
sind, in denen die Stegelemente 46, 48 aufgenommen
sind. Allerdings sind die Stegelemente 46, 48 lediglich
in die schlitzförmigen
Aufnahmen 50a, 50b eingesteckt, so dass sie dort
zwar seitlich geführt sind,
aber ansonsten nicht formschlüssig
eingreifen. Folglich werden die Stegelemente 46, 48 bei
einer Zugbeanspruchung gegenüber
dem Pedalteil 18b aus den Schlitzen 50a, 50b herausgezogen.
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Die
Kopplung zwischen den Stößelelementen 24, 26 und
dem Pedalteil 18b ist somit derart, dass von den Stößelelementen 24, 26 nur
Druckbelastungen auf dem Pedalteil 18b wirken können, aber niemals
Zugbelastungen. Entsprechend können
die Stößelelemente 24, 26 am
Pedalhebel 12 nur gegen die Betätigungsrichtung α gerichtete
Kräfte
bzw. Drehmomente bewirken, aber das Pedalelement 12 nicht
in Betätigungsrichtung
auslenken oder in einer Betätigungsstellung
festhalten.
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Bei
der Betätigung
des Pedalelements 12 und entsprechender Verschwenkung des
Pedalteils 12b, wie in 2 bis 5 dargestellt
wirken, die Stößelelemente 24, 26 mit
dem Pedalteil 12b zusammen. Durch die Federelemente 28, 30 werden
sie entgegen der Betätigungsrichtung α beaufschlagt und
bewirken so eine mit der Auslenkung α ansteigende Gegenkraft gegen
die Betätigungsbewegung. Zusätzlich kommt
es innerhalb der Schlitze 50a, 50b zu Reibung
mit den Stegelementen 46, 48, so dass der Bewegung
eine zusätzliche
Reibungskraft entgegengesetzt wird.
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Die
jeweils gewünschte
Reibungskraft kann durch geeignete Wahl der Materialien eingestellt
werden. Es ist auch möglich,
einen entsprechenden Reibbelag vorzusehen.
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Die
Wirkung einer Hysterese ist im nur schematisch dargestellten Diagramm
in 7 gezeigt. Hier ist die Betätigungskraft F über die
Auslenkung α dargestellt.
Wie gezeigt verläuft
die Betätigungskraft F
aufgrund der Hysterese-erzeugenden Effekte (Reibung, Trägheit) nicht
exakt auf der durch die Federelemente vorgegebenen Graden (gestrichelte
Linie), sondern die Kraft F ist bei Betätigung des Pedals (obere Linie)
aufgrund der Reibung höher
und bei Rückstellung
des Pedals (untere Linie) geringer.
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Abweichend
von der dargestellten Ausführung
ist es allerdings in einer alternativen Ausführung (nicht dargestellt) bevorzugt,
daß die
Schlitze 50a, 50b und die Stegelemente 46, 48 in
erster Linie zur Führung
der Stößelelemente
bei der Bewegung dienen, und die zur Erzeugung eines gewünschten
Hystereseverhaltens benötigte
Reibung an größeren Flächen erzielt
wird. Hierfür
können
am Pedalteil 18b und an den vorderen Enden der Stößelelemente 24, 26 entsprechende
Flächen
vorgesehen sein, die bei der Bewegung gegeneinander reiben.
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Bei
zunächst
stromlos angenommenem Motor 22 bewirkt die Betätigung des
Pedalteils 18b und die dadurch bewirkte Auslenkung der
Stößelelemente 24, 26 über den
Zapfen 42 auch eine Verdrehung des Rotors 38.
Wird der Motor 22 hingegen bestromt, so kann durch entsprechende
Drehung des Rotors 38 über
den Zapfen 42 und die Eingriffsöffnung 44 das erste
Stößelelement 24 in
gewünschter
Weise bewegt werden bzw. der Pedalauslenkung eine zusätzliche
Gegenkraft entgegengesetzt werden. Diese am Rotor 38 erzeugte
Kraft wird über
den Motorzapfen 42 auf das erste Stößelelement 24 übertragen, und
von diesem über
das Stegelement 46 auf das Pedalelement 12. Dort
ist dann die Summe der durch die Federelemente 28, 30 und
der durch den Motor 22 aufgebrachten Gegenkraft bei der Betätigung spürbar.
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Für die Ansteuerung
des Motors 22 zur Erzeugung einer variablen Gegenkraft
gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten.
Einerseits kann durch Ansteuerung des Motors mittels einer Steuereinheit (nicht
dargestellt) der Fahrer eines Kfz durch eine erhöhte Gegenkraft auf eine gefährliche
Situation aufmerksam gemacht werden, in der es ratsam wäre, die
Geschwindigkeit zu verringern (bspw. überhöhte Geschwindigkeit, zu nahes
Auffahren). Bspw. in 7 ist angedeutet, wie bei einer
bestimmten Auslenkung α der
Fahrer durch eine pulsierende Krafteinwirkung (Rüttelbewegung) am Pedal, hier
angedeutet durch Pfeile 57, auf eine bestimmte Fahrsituation
aufmerksam gemacht wird.
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Andererseits
ist es aber auch möglich,
mit Hilfe des Motors 22 in der Kraft/Weg-Kennlinie des Pedalelements 12 einen
Kraftsprung zu erzeugen, wie er bspw. für die Aktivierung der Kick-Down-Funktion
bei Automatikgetrieben bekannt ist. Unter einem Kraftsprung wird
ein plötzliches,
schnelles Ansteigen der Gegenkraft verstanden, die aber nach Überwindung
der Gegenkraft und weiterer Auslenkung des Pedalelements 12 rasch
wieder absinkt.
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In
der gezeigten Ausführung
ist kein separates, mechanisches Kick-Down-Element vorhanden. Hier
wird eine Kick-Down-Funktion bei einer hierfür vorgegebenen Auslenkung mittels
des Motors 22 simuliert.
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Wie
aus 7 ersichtlich weist die Kennlinie bei geringen
Auslenkungen α zunächst einen
ersten, linearen Bereich 55 auf, in dem lediglich die Rückholelemente 28, 30 wirken.
Der hier gezeigte lineare Kraftanstieg ist bevorzugt, alternativ
kann aber auch ein gekrümmter
Verlauf realisiert sein.
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Soll
bei einer bestimmten Auslenkung des Pedalelements 12 im
Intervall [α1, α2] eine Kraftspitze,
bspw. für
eine Kick-Down-Funktion, erzeugt werden, so bleibt der Motor 22 im
gezeigten Bereich 55 zunächst stromlos, bis mittels
des Sensors 33 die entsprechende Auslenkung α1 detektiert
wird. Sobald dies der Fall ist, wird der Motor 22 von der
Steuereinheit so angesteuert, dass die Feldspulen bestromt werden
und eine Gegenkraft erzeugt wird. Die Gegenkraft wird in Abhängigkeit
von der von Sensor 33 gemeldeten Pedalstellung variiert,
um die gewünschte
Kennlinienform zu erhalten. Nach Überwindung der simu lierten
Kraftspitze 60 kann der Motor 22 wieder stromlos
geschaltet werden.
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Wie
erläutert
ist bei der gezeigten Pedaleinheit bereits durch die mechanische
Konstruktion sichergestellt, dass mittels der Motoreinheit 22 kein Betätigen oder
Niederhalten des Pedalelements 12 erfolgen kann. Um dies
zu illustrieren ist in 6 ein Fehlerfall dargestellt,
in dem der Motor 22 falsch bestromt wird oder der Rotor 38 aus
anderen Gründen in
der gezeigten Stellung blockiert wird. Entsprechend ist hierdurch
auch das erste Stößelelement 24 in
der gezeigten Stellung fixiert.
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Dennoch
erfolgt eine vollständige
Rückstellung
des Pedalelements 12 durch das zweite Stößelelement 26 und
das darauf wirkende Federelement 30. Aufgrund der Blockierung
des ersten Stößelelements 24 gleitet
das Stegelement 46 aus der Aufnahmeöffnung 50a heraus.
Da der Sensor 33 die Stellung des Pedalteils 18a ermittelt,
wird die entsprechende Rückstellung
auch an die Motorsteuerung übermittelt.
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Auf
diese Weise ist ausgeschlossen, dass durch den Motor ein ungewolltes
Gasgeben erfolgen kann. Der Verlauf der Betätigungskraft im oben beschriebenen
Fall der Blockierung des Motors ist im Diagramm in 8 dargestellt.
Ausgehend von der Hysterese-Kennlinie
in 7 blockiert der Motor bei einer bestimmten Auslenkung,
so dass die Gegenkraft stark ansteigt. Das Pedalelement 12 lässt sich nicht
weiter bewegen. Durch Loslassen des Pedalelements 12 erfolgt
allerdings weiterhin eine Rückstellung
(untere Kurve), wobei die Kraft der Rückstellung geringer ist, da
hier nur das zweite Federelement 30 wirkt.
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In
der gezeigten Ausführung
ist kein separater Positionssensor für die Stellung des Rotors 38 vorgesehen.
Ein solcher Sensor kann in einer alternativen Ausgestaltung vorgesehen
kein. Da bei der dargestellten Konstruktion jedoch das erste Federelement 28 im
normalen Betrieb stets das erste Stößelelement 24 gegen
das Pedalelement 12 drückt,
so dass der Rotor 38 stets dem Pedal 12 folgt,
kann für normale
Betriebszustände
die Position des Rotors 38 anhand der durch den Sensor 33 bekannten
Position des Pedalelements 12 ermittelt werden.
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Während die
vorstehend gezeigte Ausführungsform
als hängendes
Pedal ausgebildet ist, kann die Erfindung in einer alternativen
Ausführung
auch mit einem stehenden Pedal verwirklicht werden.