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Die
Erfindung betrifft eine Pedaleinheit und ein Kraftfahrzeug.
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Zur
Steuerung von Kraftfahrzeugmotoren sind Fahrpedale bekannt. Der
Fahrzeugführer
tritt auf ein Pedal-Element, das entlang eines Pedalwegs auslenkbar
ist. Die Pedalstellung bewirkt bei herkömmlichen Kfz durch einen Bowdenzug
die Verstellung einer Drosselklappe. Alternativ wird bei E-Gas-Systemen
die Pedalstellung mittels eines Sensors abgefragt und in der Motorsteuerung
verarbeitet.
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Ein
Fahrpedal verfügt über mindestens
eine Rückholeinheit, üblicherweise
eine Feder, mit der eine Gegenkraft gegen die Auslenkung des Pedal-Elements
aufgebracht wird. Die Gegenkraft steigt üblicherweise mit der Pedalauslenkung
linear oder nichtlinear an. Bei Pedaleinheiten für Kfz spielt die für den Benutzer
spürbare
Gegenkraft bei der Betätigung
des Pedalelements, d.h. die Kraft/Weg-Kennlinie eine wichtige Rolle.
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Für Fahrzeuge
mit Automatikgetriebe ist es bekannt, am Ende des Pedalwegs ein
Kraftsprung-Element vorzusehen, um die sogenannte Kick-Down-Funktion
zu realisieren. Ein solches Kraftsprung-Element bewirkt in einem
Auslösebereich
des Pedalwegs zunächst
eine relativ hohe Gegenkraft gegen die Auslenkung des Pedal-Elements.
Bei starker Betätigung
wird die Gegenkraft überwunden,
und es ergibt sich am Ende des Auslösebereichs eine geringere Gegenkraft.
Durch eine Betätigung
de Pedalelements, die zum Auslösen
des Kraftsprung-Elements führt,
wird die Kick-Down-Funktion aktiviert (Herunterschalten des Getriebes).
Der Fahrer aktiviert diese Funktion durch die benötigte erhöhte Betätigungskraft
und den gefühlten
Kraftsprung bewusst in solchen Situationen, in denen die zusätzliche
Beschleunigung hierdurch benötigt
wird.
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Weiter
sind Fahrpedaleinheiten bekannt, bei denen mittels einer Motoreinheit
eine gesteuerte Gegenkraft auf das Pedal-Element erzeugt werden kann.
Beispielsweise in der DE-A-102
11 018 der Anmelderin ist in einem Pedaldrehpunkt ein Torquemotor
vorgesehen, dessen Rotoreinheit mit dem Pedal-Element und dessen
Statoreinheit mit einer Basisein heit verbunden ist. Eine Steuereinheit
steuert die Motoreinheit an. Beim Erfassen eines von einem vorgegebenen
Normalzustand abweichenden Zustandes (beispielsweise Überschreitung
einer Höchstgeschwindigkeit)
wird die Motoreinheit eingeschaltet und der Fahrzeugführer durch
die erhöhte Rückstellkraft
auf die Abweichung vom Normalzustand aufmerksam gemacht.
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Eine
weitere Fahrpedalvorrichtung mit steuerbarer Gegenkraft ist in der
EP-A-1 369 763 der Anmelderin beschrieben. Die Pedalbewegung wird
hier mittels eines Hebelelements in eine Drehbewegung umgesetzt.
Wiederum ist ein Torquemotor vorgesehen, der über ein Kupplungsseil eine
variable, steuerbare Gegenkraft gegen die Pedalauslenkung bewirken
kann.
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Ein
Torquemotor eignet sich zwar für
die Erzeugung der benötigten
hohen Drehmomente. Die Motoreinheit ist jedoch relativ aufwendig
und teuer. Sie benötigt
auch eine relativ große
elektrische Leistung.
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In
der DE-A-10 033 297 ist eine Pedaleinheit mit einem Pedalelement
und einem Grundelement gezeigt. Ein als Gleitelement ausgebildetes
Laufelement läuft
bei Betätigung
des Pedalelements gegenüber
einer am Grundelement angeordneten Lauffläche. Durch Wahl entsprechender
Werkstoffe für
das Gleitelement und die Lauffläche
kann eine unterschiedliche Reibung erzielt werden, so daß eine Bewegungscharakteristik
mit einer Bewegungshysterese ermöglicht
wird.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Pedaleinheit und ein Kfz vorzuschlagen,
bei denen auf einfache Weise eine gewünschte Kraft/Weg-Kennlinie
erzielbar ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Pedaleinheit nach Anspruch 1 und ein Kraftfahrzeug nach
Anspruch 14. Abhängige
Ansprüche
beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Bei
der erfindungsgemäßen Pedaleinheit
ist ein Pedalelement gegenüber
einem Grundelement beweglich. Ein Laufelement ist vorgesehen, das
bei Betätigung
des Pedalelements gegenüber
einer Lauffläche
läuft.
Laufelement und Lauffläche
sind zueinander durch eine Federkraft quer zur Laufrichtung beaufschlagt.
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Die
Lauffläche
weist mindestens an einer Stelle eine Steigung auf. Bei Betätigung des
Pedalelements werden Laufelement und Lauffläche so gegeneinander bewegt,
daß das
Laufelement über
die Lauffläche
läuft und
dabei die Steigung überwindet. Da
diese Bewegung nur gegen die Federkraft möglich ist, führt dies
einerseits zu einer von der Federkraft und der Rampenform abhängigen Gegenkraft, die
aus der Überwindung
der Steigung resultiert. Andererseits kann sich je nach Ausbildung
von Laufelement und Lauffläche
eine Reibungskraft ergeben, die zusätzlich gegen die Bewegung des
Pedalelements gerichtet ist. Diese Reibungskraft ist abhängig von der
Art des Laufelements (z. B. als Gleitelement oder als Rollenelement),
von den jeweiligen Materialien und von der Andruckkraft.
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Mit
der Erfindung läßt sich
eine Kraft/Weg-Kennlinie der Betätigung
oder auch nur ein Abschnitt einer solchen Kennlinie auf einfache Weise
sehr genau und dennoch flexibel vorgeben. Durch die Steigung der
Lauffläche
läßt sich
ein gewünschter
Kraftverlauf der Betätigung
einstellen. Auch durch Reibung erzeugte Hysterese-Effekte der Kennlinie,
die für
den Betätigungskomfort
in der Regel gewünscht
sind, können
gezielt eingesetzt werden.
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Unter
einer Steigung wird zunächst
allgemein jede Form der Lauffläche
verstanden, bei der zwei im Abstand angeordnete Punkte der Lauffläche auf
verschiedenen Höhen
(in Querrichtung zur Bewegungsrichtung des Bewegungselements) angeordnet sind,
so daß das
Laufelement bei der Bewegung entgegen der darauf wirkenden Kraft
dem Verlauf der Lauffläche
folgen muß.
Hierbei kann es sich – je
nach gewünschtem
Kraftverlauf – um
einen allmählichen Anstieg über einen
längeren
Wegbereich, oder um eine relativ steile, für den Benutzer exakt fühlbare Erhöhung handeln,
bis hin zu einer Stufe. Im Verlauf der Lauffläche können verschiedene Bereiche
mit positiver und/oder negativer Steigung vorgesehen sein.
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Das
Laufelement kann auf verschiedene Weise auf der Lauffläche laufen.
Einerseits ist ein gleitender Kontakt möglich. Bevorzugt ist das Laufelement
als Abrollelement ausgebildet, das auf der Lauffläche abrollt.
Hierdurch wird Reibung und Verschleiß vermindert.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung weist die Lauffläche mindestens zwei Bereiche
auf, in denen eine unterschiedliche Andruckkraft auf das Laufelement
wirkt. Hierbei wirkt in einem ersten Bereich eine höhere Kraft
auf das Laufelement als in einem zweiten Bereich. Als Folge ergibt
sich im zweiten Bereich eine höhere
Reibungskraft als im ersten Bereich bei der Bewegung des Laufelements.
Durch eine entsprechende Einstellung der Reibungskraft kann ein
auslenkungsabhängiger
Betrag der Reibungskraft gezielt vorgegeben werden, so daß eine für den Betätigungskomfort
gewünschte
Hysterese erzielt wird.
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Bevorzugt
wird die Andruckkraft durch eine Feder bereitgestellt. Wenn der
zweite Bereich höher angeordnet
ist als der erste Bereich, so ergibt sich die erhöhte Andruckkraft
auf besonders einfache Weise durch die höhere Federspannung.
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Grundsätzlich kann
die Kopplung von Laufelement und Lauffläche an das Pedalelement so
ausgebildet sein, daß das
Laufelement mit dem Grundelement feststeht, und sich die Lauffläche bei
Bewegung des Pedalelements am Laufelement vorbeibewegt. Bevorzugt
wird jedoch, daß das
Laufelement mit dem Pedalelement beweglich angeordnet ist.
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Gemäß einer
wesentlichen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die relative
Position des Laufelements gegenüber
der Lauffläche
bei fester Position des Pedalelements einstellbar ist. Bevorzugt
erfolgt dies durch eine Verstellung der Position der Lauffläche, während das
Laufelement mit dem Pedalelement beweglich angeordnet ist. Durch
die Möglichkeit
einer derartigen Verstellung ist ohne Umbau der gesamten Einheit
eine leichte und genaue Einstellbarkeit einer gewünschten
Kraft/Weg-Kennlinie möglich.
Besonders bevorzugt ist die Verstellung sogar während des Betriebs der Pedaleinheit
möglich,
bevorzugt indem ein steuerbarer Antrieb zur Verstellung der Position
der Lauffläche
verwendet wird. Durch eine solche Verstellung kommt es zu einer
Verschiebung der durch die Form der Lauffläche vorgegebenen Kraft/Weg-Kennlinie.
Insbesondere kommt es im Fall von zwei Bereichen unterschiedlicher
Gegenkraft zur Verschiebung der Lage dieser Bereiche auf der Kraft/Weg-Kennlinie
des Pedals. Durch eine Verstellung der Grenze zwischen den Bereichen kann
eine sehr gut wahrnehmbare Signalisierung einer Grenze für die Pedalauslenkung
an den Fahrzeugführer
erfolgen. Dennoch hat der Fahrzeugführer die Wahl, diese Grenze
bewußt
zu überschreiten.
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In
einer bevorzugten Ausführung
ist die Lauffläche
im wesentlichen als Innenfläche
eines Zylinders ausgebildet. An einer Dreheinheit im Inneren des
Zylinders ist das Laufelement angeordnet. Zwischen der Dreheinheit
und dem Laufelement ist mindestens ein radial wirkendes Federelement
vorgesehen, so daß das
Laufelement gegen die Lauffläche gedrückt wird.
Bezüglich
des Federelements ist es ausreichend, wenn dessen Federkraft eine
Teilkomponente in radialer Richtung aufweist.
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Die
Verwendung einer Zylinder-Innenfläche als Lauffläche und
die Verwendung einer Dreheinheit eignen sich sehr gut für ein Fahrpedal.
Da sich die Funktionseinheiten im Inneren des Zylinders befinden,
kann dieser – bis
auf eine Welle der Dreheinheit – abgeschlossen
und gekapselt sein. Der Aufbau mittels eines Zylinders ist zudem
sehr kompakt. Die Dreheinheit kann mittelbar oder unmittelbar mit
einem eine Schwenkbewegung ausführenden
Pedalelement gekoppelt sein. Das Laufelement kann allein über das
Federelement mit der Dreheinheit verbunden sein; es wird aber bevorzugt,
daß das
Laufelement auf einer Bahn mit verschiedenen radialen Positionen
geführt
ist, bspw. mittels eines Schwenkelements angelenkt ist.
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Bei
der Lösung
mittels eines Zylinders ist eine Verstellung der Position der Lauffläche sehr
einfach möglich
durch Verwendung eines steuerbaren Antriebs zur Drehung des Zylinders,
der im übrigen bevorzugt
mit dem Grundelement feststeht. Als steuerbarer Antrieb kann jede
Form eines Antriebs verwendet werden, bspw. elektromotorisch, magnetisch, hydraulisch
etc.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung sind zwei Laufelemente an einer Dreheinheit
vorgesehen. Die Lauffläche
weist hierbei bevorzugt denselben Steigungsverlauf doppelt auf.
Bevorzugt sind die Laufelemente so angeordnet, daß beide
Laufelemente bei derselben Stellung der Dreheinheit jeweils auf
dieselbe Steigung treffen, so daß die entstehenden Gegenkräfte sich
auf beide Laufelemente verteilen und – bei Verwendung einer Dreheinheit – möglichst
so diametral gegeneinander wirken, daß sie sich im Wesentlichen
aufheben.
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Besonders
bevorzugt weist die Lauffläche eine
Rampe auf, die so geformt ist, daß sich bei Überwindung der Rampe eine Kraftspitze
ergibt. Unter einer Kraftspitze wird eine charakteristische Kraft/Weg-Funktion
mit einem steilen Anstieg der Gegenkraft bis auf einen im Vergleich
zur übrigen
Pedalkennlinie hohem Wert, und danach steilem Abfall der Gegenkraft
verstanden. Bevorzugt ist die Kraft am höchsten Punkt der Kraftspitze
gegenüber
dem Wert vor Beginn des Anstiegs um mindestens 10% höher, bevorzugt
um mehr als 50%. Eine solche Kraftspitze innerhalb der Kraft/Weg-Kennlinie
des Pedalelements ist für
den Fahrer sehr deutlich spürbar.
Der charakteristische Kraftverlauf beim Überwinden der Rampe wird – im Gegensatz
zu einer allmählichen Erhöhung der
Gegenkraft – sehr
bewußt
wahrgenommen.
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Weitere
Weiterbildungen sehen an sich bekannte Elemente der Pedaleinheit
vor, darunter einen Sensor für
die Position des Pedalelements und mindestens eine Rückholeinheit.
Als Sensor kann jede Art von linearem oder rotatorischem Positionssensor verwendet
werden, insbesondere Hall-Sensoren oder induktive Sensoren. Für die Rückstellung
des Pedalelements sind – aus
Redundanzgründen – bevorzugt
zwei separate mechanische Rückholelemente
vorgesehen, die bspw. als Schraubenfedern ausgebildet sein können.
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Weiter
wird die Aufgabe gelöst
durch ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 14 mit einer oben beschriebenen
Pedaleinheit mit einem steuerbaren Antrieb. Das Kraftfahrzeug weist
eine Steuereinheit zur Ansteuerung des steuerbaren Antriebs auf.
Wie beschrieben kann die gezielte Verstellung während des Betriebs dazu verwendet
werden, den Fahrzeugführer
in bestimmten Fahrsituationen gezielt aufmerksam zu machen z.B.
auf eine überhöhte Geschwindigkeit.
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Nachfolgend
wird eine Ausführungsform
der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei zeigen:
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1 Eine
Seitenansicht, teilweise in Schnitt, einer Ausführungsform einer Pedaleinheit
in einer Leerlaufstellung;
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2 in
einer Seitenansicht, teilweise im Schnitt, die Pedaleinheit aus 1 in
einer Volldarstellung;
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3a–3c Ansichten
von Querschnitten durch eine Zylindereinheit der Pedaleinheit aus 1 in
verschiedenen Pedalpositionen;
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4a–4c Ansichten
von Querschnitten durch die Zylindereinheit aus 3a bis 3c bei
feststehender Pedalposition und verschiedenen Verstellpositionen;
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5a–5c in
Diagrammform Darstellungen von Kraft/Weg-Kennlinien.
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In 1 ist
eine Pedaleinheit 10 in Seitenansicht dargestellt. Bei
der gezeigten Ausführungsform eines
hängenden
Pedals ist ein Pedalelement 12 in einer Drehachse 14 drehbar
an einem Grundelement 16 angebracht.
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Das
Grundelement 16 umfaßt
eine Grundplatte 18, mit der es in einem Kfz angebracht
ist (nicht gezeigt). Das Grundelement 16 umfaßt weiter
ein Pedalgehäuse 20 und
ein Kickdown-Schaltelement 22.
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Innerhalb
des Pedalgehäuses 20 befindet sich
eine zwischen der Grundplatte 18 und einem Hebel 24 am
Pedalelement 12 gespannte Feder 26, die als Rückholelement
für das
Pedalelement 12 dient.
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Das
Pedalelement 12 ist am Grundelement 16 in einer
Betätigungsrichtung
P in einem Bereich von einer in 1 dargestellten
Leerlaufstellung bis in 2 dargestellten Vollgasstellung
zu betätigen. Der
Bewegungsbereich des Pedalelements 12 wird hierbei durch
ein oberes und ein unteres Stegelement 28a, 28b am
Pedalelement 12 begrenzt. In der Leerlaufstellung drückt das
obere Stegelement 28a gegen ein Dämpfungselement 30 am
Pedalgehäuse 20 und
begrenzt so den Bewegungsbereich des Pedalelements 12.
In der Vollgasstellung (2) liegt hingegen das untere
Stegelement 28b am Dämpfungselement 30 an,
so daß der
Betätigungsbereich auch
in der Vollgasstellung definiert begrenzt ist. Kurz vor Erreichen
der Vollgasstellung betätigt
das Pedalelement 12 den Kickdown-Schalter 22,
so daß die
Kickdown-Funktion ausgelöst
wird.
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Im
Pedalgehäuse 20 ist
ein induktiver Rotations-Positionssensor angeordnet (nicht dargestellt), mit
dem die Position des Pedalelements 12 ermittelt und als
elektrisches Signal an eine Motorsteuerung des Kfz (nicht dargestellt) übermittelt
wird. Derartige Sensoren sind an sich bekannt (vgl. z. B. WO-A-03/038379)
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Innerhalb
des Pedalgehäuses 20 ist
weiter eine Drehzylindereinheit 32 angeordnet, die von
einem Elektromotor 34 über
ein aus einem Schneckenritzel des Elektromotors 34 und
einer Außenverzahnung
der Zylinder 32 gebildetes selbsthemmendes Getriebe drehbar
ist, wie im folgenden näher
erläutert wird.
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In 3a ist
ein Teil des Pedalgehäuses 20 im
Querschnitt dargestellt. Innerhalb des Pedalgehäuses 20 ist die Zylindereinheit 32 zu
sehen. Sie besteht aus einem Hohlzylinder 40, in dem eine Dreheinheit 42 drehbar
angeordnet ist. Die Dreheinheit 42 umfaßt eine Pedalwelle 44,
die mit dem Pedalelement 12 verbunden ist und einen hieran
angebrachten Federbügel 46,
an dessen Enden Rollkörper 50a, 50b drehbar
befestigt sind. Der Zylinder 40 verfügt über eine Innenfläche 52,
die als Lauffläche ausgebildet
ist. Im gezeigten Beispiel weist die Lauffläche 52 eine solche
Form auf, daß diametral
gegenüberliegend
zwei erste, tieferliegende Bereiche 54a, 54b und
zwei zweite, radial höherliegende
Bereich 56a, 56b gebildet sind. Jeweils am Übergang
zwischen einem ersten Bereich 54a, 54b zum zugehörigen zweiten
Bereich 56a, 56b sind Rampen 60a, 60b mit
einer radialen Steigung der Innenfläche 52 angeordnet.
Innerhalb der erste und zweiten Bereiche 54a, 54b, 56a, 56b weist
die Innenfläche 52 im
gezeigten Beispiel keine Steigung auf, sondern verläuft jeweils
auf konstantem Radius.
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Bei
stillstehendem Ritzel 38 steht der Hohlzylinder 40,
und damit auch seine Innenfläche 52 gegenüber dem
Pedalgehäuse 20 fest.
Die Dreheinheit 42 hingegen ist über die Pedalwelle 44 drehfest
mit dem Pedalelement 12 gekoppelt, so daß sie sich
bei Betätigung
des Pedalelements 12 dreht.
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Bei
der Drehung der Dreheinheit 42 innerhalb des Zylinders 40 rollen
die Rollkörper 50a, 5ob auf
der Innenfläche 52 des
Zylinders 40 ab. Durch den Federbügel 46 werden sie
gegen die Innenfläche 52 gedrückt. Zusätzlich sind
die Rollkörper über Schwenkarme 51a, 51b schwenkbar
an der Dreheinheit 42 angelenkt.
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In
den 3a bis 3c ist
die Dreheinheit 42 in drei verschiedenen Positionen, entsprechend drei
verschiedenen Pedalstellungen gezeigt. Hierbei entspricht 3a der
in 1 gezeigten Leerlaufstellung des Pedals, 3b einer
Zwischenstellung und 3c der in 2 gezeigten
Vollgasstellung des Pedals. Es wird deutlich, wie die Rollkörper 50a entsprechend
der Drehung der Dreheinheit 44 auf der Innenfläche 52 abrollen
und mit den Schwenkarmen 51a, 51b verschwenken.
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Treffen
die Rollkörper 50a, 50b beim Übergang
zwischen den ersten Bereichen 54a, 54b zu den
zweiten, auf einem geringeren Radius verlaufenden Bereichen 56a, 56b auf
die Rampen 60a, 60b, so folgt ihre Bewegung der
Rampenform.
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In 3b ist
die Position dargestellt, bei der die Rampen 60a, 60b wirksam
werden. Bei einer weiteren Drehung schwenken die Schwenkarme 51a, 51b nach
innen und der Federbügel 46 wird
zusammengedrückt,
während
die Rollkörper 60a, 60b in
die zweiten Bereiche 56a, 56b rollen.
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Beim Überwinden
der Rampen 60a, 60b wirkt eine Gegenkraft bzw.
ein gegen die Betätigung des
Pedalelements 12 gerichtetes Drehmoment. Bei der dargestellten
relativ steilen Form der Rampen 60a, 60b hat die
Gegenkraft den Verlauf einer deutlichen Kraftspitze.
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Während des
Abrollens der Rollkörper 50a, 50b in
den ersten Bereichen 54a, 54b und auch in den
zweiten Bereichen 56a, 56b wirken außerdem Reibungskräfte der
Betätigung
entgegen. Die Reibungskräfte
sind hierbei u. a. von der Andruckkraft abhängig. Da diese aufgrund der
Federspannung in den zweiten Bereichen höher ist, ist hier auch eine
erhöhte
Reibungskraft spürbar.
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Es
sei darauf hingewiesen, daß der
in 3a bis 3c gezeigte
Drehwinkel aus Gründen der
besseren Darstellbarkeit besonders groß gezeigt ist. In praktischen
Ausfuhrungen hat der Pedalwinkel α wie
in 1, 2 gezeigt, einen deutlich geringen
Betrag.
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In 5a ist
ein Kraft/Weg-Diagramm der Betätigungsbewegung
des Pedalelements 12 gezeigt. Aufgetragen ist – rein qualitativ – der Betrag
einer Betätigungskraft
F am Pedalelement 12 (siehe 1) gegenüber dem
Pedalwinkel α,
ausgehend von der Leerlaufstellung.
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Die
Kennlinie weist eine Hysterese auf, d. h. der Kraftverlauf bei Bewegung
in Betätigungsrichtung
weicht von dem Verlauf bei der Rückstellbewegung
ab. Ursache ist hierbei die Reibung bei der Bewegung der Rollkörper 60a, 60b über die
Lauffläche 52.
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Wie
aus dem Kurvenverlauf erkennbar, ergibt sich in einem ersten Bereich 64 bei
geringen Werten des Auslenkungswinkels α zunächst eine lineare Steigung
der Kraft F. Dies ist auf die Rückstellfeder 26 zurückzuführen. In
diesem ersten Bereich 64 rollen die Abrollelemente 50a, 50b im
ersten Bereich 54a, 54b des Zylinders 40,
so daß hieraus
keine zusätzliche
Gegenkraft entsteht.
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Ab
einer Auslenkung αa1
ist die in 3b gezeigte Zwischenstellung
erreicht, bei der die Abrollelemente 50a, 50b an
den Rampen 60a, 60b anliegen. Bei der Überwindung
der Rampen 60a, 60b ergibt sich im Verlauf der
Kraft/Weg-Kennlinie in 5a nun eine Kraftspitze 66,
d. h. die Betätigungskraft
F steigt relativ steil an und fällt
nach Erreichen eines Maximalwerts ebenso steil wieder ab. Bei einer Auslenkung αa2 sind die
Rampen 60a, 60b überwunden.
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Beim
Abrollen der Rollenelemente 50a, 50b auf den höheren Bereichen 56a, 56b ist
nun der Federbügel 46 stärker vorgespannt.
Hierdurch ergibt sich eine deutlich höhere Andruckkraft der Rollenelemente 50a, 50b gegenüber der
Lauffläche 52.
Aus der erhöhten
Andruckkraft resultiert auch eine erhöhte Reibung, so daß wie aus 5a ersichtlich,
auch nach Überwindung
der Rampen 60a, 60b (und damit der Kraftspitze 66)
eine erhöhte
Gegenkraft wirkt.
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Es
sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die Darstellungen in den 5a–5c lediglich
qualitativ zu verstehen sind. Der jeweilige Betrag der Reibungskräfte, und
damit deren Verhältnis
zu den von den Federelementen 26, 46 herrührenden Kräften können für eine spezielle
Anwendung je nach Bedarf durch geeignete Auslegung und Dimensionierung
der Elemente (Federkonstanten, Vorspannung, Materialien etc.) eingestellt
werden.
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Mit
Hilfe des Elektromotors 34 ist die Lage der Kraftspitze 66 auf
der Kraft/Weg-Kennlinie
einstellbar. Hierzu kann über
das Ritzel 38 und eine Außenverzahnung der Zylinder 40 gegenüber dem
Pedalgehäuse 20 gedreht
werden.
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Entsprechendes
ist in 4a bis 4c gezeigt,
wobei das Pedalelement 12 jeweils in Leerlaufstellung ist.
Während
sich der Zylinder 40 in 4a in
einer Grundposition befin det, ist er in 4b um einen
Betrag entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, so daß sich bereits in der gezeigten
Leerlaufstellung des Pedalelements 12 die Abrollelemente 50a, 50b deutlich
näher an
den Rampen 60a, 60b befinden. In 4c schließlich ist
der Zylinder 40 noch weiter entgegen dem Uhrzeigersinn
gedreht, so daß bereits
in der gezeigten Grundstellung des Pedalelements 12 die
Abrollelemente 50a, 50b nahe an den Rampen 60a, 60b sind.
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Entsprechend
der Verstellung des Zylinders 40 verlagert sich der durch
die Form der Lauffläche 52 vorgegebene
Verlauf der Kraft/Weg-Kennlinie. In 5b ist
die Kraft/Weg-Kennlinie der Pedalbetätigung bei der Einstellung
gemäß 4b und
in 5c die Kraft/Weg-Kennlinie der Pedalbetätigung in
der Position gemäß 4c gezeigt.
Es ist deutlich sichtbar, daß die
jeweiligen Auslenkungswinkel [αa1; αa2;], [αc1; αc2] bei denen
die zugehörigen
Kraftspitzen 66 liegen, gegeneinander sowie gegenüber der Grundstellung
verschoben sind.
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Bei
der beschriebenen Ausführungsform wird
für die
Verstellung der Zylindereinheit 32 ein DC-Elektromotor 34 verwendet.
Die Verwendung eines solchen preisgünstigen DC-Motors in einer Pedaleinheit kann zwar
grundsätzlich
problematisch sein, da bestromte DC-Motoren Kraftschwankungen (ein
sog. "Rippeln") aufweisen, das
für den
Fahrzeugführer
im Pedalelement nicht fühlbar
sein sollte. Bei der beschriebenen Pedaleinheit wird der DC-Motor jedoch
nur zum Verstellen der Zylindereinheit 32 verwendet und
kann – bei
dem bevorzugten selbsthemmenden Getriebe – im übrigen stromlos geschaltet werden,
so daß sich
das beschriebene Problem hier nicht stellt. Dennoch können alternativ
auch andere Linearantriebe oder Rotationsantriebe verwendet werden.
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Während bei
der o. g. Ausführungsform
ein hängendes
Pedal gezeigt wurde, kann die Erfindung ohne weiteres auch auf ein
stehendes Pedal übertragen
werden.
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In
weiteren Ausführungen
kann die Form der Innenfläche 52 des
Zylinders 40 abweichen. Hierdurch sind andere Kraft/Weg-Kennlinien
einstellbar. Bspw. kann diese über
den gesamten Bereich eine (radiale) Steigung aufweisen. Es können auch
mehrere Rampen vorgesehen sein.