-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung
einer Kraft und eines Weges an einem Pedalwerk, insbesondere für die Erfassung
von Kräften,
die auf ein fuß-
oder vorrichtungsbetätigtes
Pedal in einem Kraftfahrzeug aufgebracht werden sowie für die Erfassung
der von diesen Kräften
bewirkten Pedalwege, bestehend aus einem Gehäuse und einer mit einer Pedalbetätigungskraft
beaufschlagbaren Trittplatte, wobei das Gehäuse über eine als Adapter ausgestaltete
Baugruppe lösbar
am Pedal befestigbar ist und wobei im Gehäuse Messelemente angeordnet
sind, deren Signale drahtlos einer Auswerteeinrichtung zugeführt werden.
-
Moderne
Kraftfahrzeuge weisen zahlreiche Baugruppen auf, mit denen neben
dem eigentlichen Fahrbetrieb auch sicherheits- und umweltrelevante Aspekte
realisiert werden. Für
eine optimale Funktionsweise derartiger Baugruppen ist eine exakt
definierte Wirkverbindung mit den jeweils zugeordneten Betätigungselementen
notwendig. Sofern für
diese Wirkverbindung keine Mitwirkung des Fahrers notwendig ist
(z.B. bei Nutzung eines Temperatursensors zur Regelung von alternativen
Kühlmittelkreisläufen in
Abhängigkeit
der Kühlmitteltemperatur),
ergeben sich kaum Probleme, sofern hierfür eine geeignete Gerätetechnik
verfügbar
ist.
-
Problematisch
sind jedoch Wirkverbindungen, bei denen eine vom Fahrer auf ein
Pedalwerk aufgebrachte Kraft zu berücksichtigen ist, zum Beispiel
zur Betätigung
von Bremse, Kupplung oder „Gas". Eine typische Anwendung
sind Rollenbremsprüfstände, die
wegen der sicherheitstechnischen Bedeutung der Bremsanlage im Fertigungsprozess beim
Automobilhersteller eingesetzt werden. Derartige Prüfstände sind
in zahlreichen Varianten bekannt, zum Beispiel aus
DE 36 06 118 A1 . Das Fahrzeug wird
zunächst
mit den Rädern
in die Rollensätze
gefahren. Nachfolgend werden die Laufrollen mittels Elektromotor
mit einer definierten Umlaufgeschwindigkeit angetrieben, die sich
auf die Fahrzeugräder überträgt. Sobald
die Fahrzeugräder über das
Bremspedal abgebremst werden, tritt ein Reaktionsmoment auf, das
für die
Bremskraftmessung relevant ist.
-
Solche
Rollenbremsprüfstände haben
sich grundsätzlich
bewährt,
um die Funktionsfähigkeit
und Wirkung einer Bremsanlage bewerten zu können. Allerdings verbleibt
ein subjektiver Faktor, weil durch die manuelle Betätigung des
Bremspedals eine exakte Aussage über
aufgebrachte Pedalkräfte
und zurückgelegte
Pedalwege nur bedingt möglich
ist. Denn selbst für
erfahrene Prüfpersonen
ist es schwierig, die vom Fuß auf
das Bremspedal aufgebrachte Kraft und den damit bewirkten Weg qualitativ
zu bewerten. Deshalb wird eine Messung der aufgebrachten Pedalkraft
und des durch diese Kraft bewirkten Weges angestrebt, um den Zusammenhang
zwischen Pedalkraft und Pedalweg sowie Bremskraft zu berücksichtigen.
-
In
DE 100 09 168 A1 wird
eine Vorrichtung mit magnetempfindlichen Bauteilen zur Erfassung
einer vom Fahrer ausgeübten
Pedalkraft bei einem Fahrzeug beschrieben. Die Vorrichtung umfasst
eine Trägerplatte
und ein Zungenelement. Das Zungenelement ist einstückig mit
der Trägerplatte
ausgebildet und wird mit Bolzen fest am Pedal montiert. Sobald das
Pedal mit einer Fußkraft
beaufschlagt wird, ändert
sich die Relativposition zwischen dem Zungenelement und der Trägerplatte.
Folglich ändert
sich das in diesem Bereich vorhandene Magnetfeld ebenfalls. Diese Änderung
erfolgt analog zur Kraft, die auf das Pedal ausgeübt wird,
so dass eine Aussage bezüglich
der Pedalbetätigungskraft
möglich
wird. Aufgrund der dauerhaften Befestigung der Vorrichtung mittels
Bolzen am Pedal ist diese Lösung
für Prüfungen an
Fertigungsstraßen
der Automobilhersteller nur bedingt geeignet. Eine derartige Anwendung
ist jedoch ohnehin nicht vorgesehen, denn gemäß den Darlegungen in der Druckschrift
soll die Vorrichtung die Pedalkraft im Fahrbetrieb messen, um diese
Werte für
die Ansteuerung eines Antiblockiersystems, einer Antischlupfregelung
oder ähnlicher
Baugruppen zu verarbeiten. Allerdings bleibt der zurückgelegte Pedalweg
unberücksichtigt.
-
Der
Pedalweg wird jedoch bei der technischen Lösung gemäß
DE 44 24 094 C1 berücksichtigt.
Hierbei wird für
die Überprüfung eines
Antiblockiersystems in einem Kraftfahrzeug eine Prüfvorrichtung
benutzt, die einen Sensor zum Erfassen der Pedalbewegungen bei Ansprechen
des Regelsystems aufweist. Dieser Sensor ist mit einer Auswerteeinrichtung
verbunden.
-
Gegenstand
von
DE 2 250 728 ist
ein Pedalkraftmesser mit einem Gehäuse, einer mit der Pedalbetätigungskraft
beaufschlagbaren Trittplatte und einer Vorrichtung zur Abgabe eines
von der Pedalbetätigungskraft
abhängigen
Signals. Das Gehäuse
weist eine als Adapter ausgestaltete Grundplatte auf, mit der die
gesamte Vorrichtung am Bremspedal lösbar befestigt werden kann.
Die Grundplatte bildet gemeinsam mit einem umlaufenden Rahmen eine
Kontur, die nach oben von der Trittplatte abgeschlossen wird. Somit
wird eine sehr flache Bauweise realisiert, die den freien Bauraum
am Bremspedal nur geringfügig
reduziert. Im Innenraum zwischen Grundplatte, Rahmen und Trittplatte
sind Messelemente angeordnet, mit denen die Kraftbeaufschlagung
der Trittplatte ermittelt wird. Die von den Messelementen erzeugten Signale
können
alternativ über
ein zugeordnetes Kabel bzw. durch Umsetzung in elektromagnetische Wellen
oder Ultraschall auch drahtlos einer Auswerteeinrichtung zugeführt werden.
Allerdings sind Genauigkeit und Sicherheit der Messungen fragwürdig, weil
die Kraftbeaufschlagung der Trittplatte mit Schiebepotentiometern
ermittelt wird. Außerdem
wird der Pedalweg nicht berücksichtigt.
-
Sofern
neben der Pedalkraft auch der Pedalweg ermittelt werden soll, kann
das tragbare Prüfgerät für Fußpedal-Betätigungen
gemäß
DE 37 42 454 C1 eingesetzt
werden. Dabei wird die Pedalkraft mit einer Vorrichtung gemessen,
die entweder an der Pedalplatte oder am Schuh der Prüfperson
befestigt wird. Der Pedalweg wird mit einem stabförmigen Bauteil
gemessen, das mit einem Ende am Fußpedal und mit dem anderen
Ende an einem festen Punkt abgestützt ist, vorzugsweise am Lenkradkranz. Durch
verschiedene Ausgestaltungen kann diese technische Lösung für eine Anwendung
vom einfachen Werkstatteinsatz ausgehend bis zum Einsatz an einer
Fertigungsstraße
mit vollständiger
Datenvernetzung modifiziert werden. Allerdings ist die Handhabung
des Prüfgerätes umständlich,
weil das stabförmige
Bauteil zur Pedalwegmessung die Bewegungsfreiheit der Prüfperson
erheblich beeinträchtigt.
Weiterhin ist nachteilig, dass die Vorrichtung zur Messung des Pedalweges
stets auf einen Festpunkt bezogen werden muss.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Erfassung von Pedalkraft
und Pedalweg an einem fuß-
oder vorrichtungsbetätigten
Pedal in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, die den verfügbaren Bauraum
nicht oder lediglich gering beeinträchtigt, eine gute temporäre Montage
ermöglicht
sowie eine ausreichende Genauigkeit und dauerhafte Funktionsfähigkeit
durch Auswahl einer geeigneten Sensorik gewährleistet. Weiterhin sollen
Verfahrensschritte aufgezeigt werden, mit denen eine optimale Funktionalität beim Einsatz
dieser Vorrichtung erreicht werden kann.
-
Die
Aufgabe wird gelöst,
indem das Gehäuse der
Vorrichtung als separater Verformkörper ausgestaltet ist, in dessen
Innenraum Sensoren zur Messung von Pedalkraft und Pedalweg angeordnet
sind, wobei der Verformkörper über eine
Klemmvorrichtung und einen, als separate Baugruppe ausgestalteten
Adapter lösbar
am Pedal befestigbar ist. Ausgestaltungen sind Gegenstand der weiteren
Ansprüche, deren
technische Merkmale und Vorteile im Ausführungsbeispiel näher beschrieben
werden.
-
Die
Erfindung realisiert ein neuartiges Kraft- und Wegmesssystem für Pedalwerke.
Die bevorzugte Anwendung sind Untersuchungen an den Baugruppen Bremse
und Kupplung von Kraftfahrzeugen. Durch Anwendung der Erfindung
werden subjektive Einflüsse
auf Rollenbremsprüfständen, in
Try-out- und Entwicklungsbereichen reduziert, indem für Pedalbetätigungskraft
und Pedalbetätigungsweg
nunmehr objektiv ermittelte Messwerte verfügbar sind.
-
Die
vorgeschlagene technische Lösung
ergibt nahezu keine Behinderung im Fahrbetrieb, erfordert einen
absolut geringen Montageaufwand und kann problemlos für verschiedene
Fahrzeugtypen modifiziert werden. In vorteilhafter Weise erfolgt
die Messung des Pedalweges ohne Bezug auf einen lagefixierten Festpunkt.
Weitere Vorteile sind die kleine Bauform und der Verzicht auf Kabel
und ähnliche Bauteile
(„wireless"), so dass eine kabellose
Datenübertragung
zu einem Messrechner über
Funk erfolgen kann. Somit kann eine einzige Basisstation mehrere
Messsysteme verwalten, wodurch sich wiederum positive Effekte bezüglich Datenauswertung,
Datenspeicherung und aufwandsarmen Handling ergeben.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfol
gend beschrieben. Es zeigen:
-
1 den
grundsätzlichen
Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in perspektivischer Ansicht
-
2 einen
Verformkörper
in perspektivischer Ansicht
-
3 das
Prinzip der Vernetzung einer Vielzahl von Vorrichtungen
-
Die
in 1 dargestellte Vorrichtung wird zur Erfassung
einer Kraft an einem Pedalwerk verwendet, insbesondere für die Erfassung
von Kräften,
die auf ein Pedal in einem Kraftfahrzeug aufgebracht werden. Die
Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse und einer Trittplatte 2.
Dem Gehäuse
wird eine als Adapter 3 ausgestaltete Baugruppe zugeordnet.
Mit diesem Adapter 3 kann das Gehäuse lösbar an einem (nicht näher dargestellten)
Pedal befestigt werden. Es versteht sich, dass für eine lagestabile Befestigung
die Konturen von Adapter 3 und Pedal anzupassen sind. Somit
ist es ausreichend, lediglich einen Typ von Messvorrichtung für unterschiedliche
Fahrzeugtypen bereitzustellen, wobei die Messvorrichtung mittels
Pedaladapter mit geringem Aufwand sowohl für Pedale in Fahrzeugen mit
Automatikgetriebe als auch mit Schaltgetriebe modifizierbar ist.
-
Die
Trittplatte 2 kann verschiedenartig ausgestaltet werden,
beispielsweise gemäß 1 mit Konturen 21,
die eine lagestabile Fußabstützung bewirken
sollen. Unabhängig
von der konkreten Ausgestaltung ist die Trittplatte 2 mit
einer Pedalbetätigungskraft
beaufschlagbar. Infolge einer solchen Kraftwirkung ergeben sich
Lageveränderungen
am Pedal und damit an der Vorrichtung, welche als äquivalente
Parameter für
Pedalweg und Pedalkraft erfasst werden. Hierfür ist eine im Gehäuse angeordnete
Sensorik vorgesehen, deren Signale drahtlos einer Auswerteeinrichtung übergeben
werden.
-
Der
Adapter 3 zur lösbaren
Befestigung der Vorrichtung am Pedal ist als separate Baugruppe ausgestaltet.
An seiner zum Pedal entgegengesetzt angeordneten Seitenfläche steht
der Adapter 3 mit einer Klemmvorrichtung 4 in
Wirkverbindung. Über
die Klemmvorrichtung 4 wird eine Verbindung zwischen dem
Adapter 3 und dem Gehäuse
geschaffen.
-
Das
Gehäuse
ist als ein separater Verformkörper 1 ausgestaltet,
dessen grundsätzlicher
Aufbau aus 2 ersichtlich ist. Im Innenraum
des Verformkörpers 1 sind
Sensoren zur Messung von Pedalkraft und Pedalweg angeordnet, wobei
diese Elemente in der Zeichnung nicht näher dargestellt sind. Im Innenraum
ist ferner eine, im wesentlichen aus einer Hauptplatine, einem Akkumulator,
einem Microcontroller, einem Funkmodul, einer Temperaturmessung,
einer Akkuladeeinheit und Anzeigeelementen bestehende Baugruppe
angeordnet, die ebenfalls nicht näher dargestellt ist und an
der Innenkontur der äußeren Umhüllung 11 abgestützt wird.
-
Der
Verformkörper 1 weist
ausgehend von seiner äußeren Umhüllung 11 mehrere
Biegestege 12 auf. Die Biegestege 12 gehen in
eine weitgehend flächige
Baugruppe 13 über.
In der äußeren Umhüllung 11 des
Verformkörpers 1 sind
mehrere Durchbrüche 14, 15 und 16 ausgestaltet.
Dabei sind die Durchbrüche 14 für Kontaktverbindungen
zum Laden des Akkumulators vorgesehen, die Durchbrüche 15 für die Anzeigeelemente
und der als Aussparung gestaltete Durchbruch 16 für die Antenne
eines Funkmoduls.
-
Als
Kraftsensor wird zumindest eine Dehnmessstreifenbrücke verwendet.
In einer bevorzugten Ausführung
gemäß 2 sind
vier Biegestege 12 ausgestaltet, denen jeweils ein Dehnmessstreifen zugeordnet
wird, beispielsweise mittels Aufkleben. Die Dehnmessstreifen werden
zum Beispiel als Vollbrücke
miteinander verschaltet.
-
Als
Wegsensor wird zumindest ein Beschleunigungssensor verwendet. Über die
mit ihm gemessene Winkeländerung
(Neigung) bei Betätigung
des Pedals kann bei bekannter Pedallänge der Betätigungsweg errechnet werden.
Somit erfolgt die Wegmessung ohne einen festen Bezugspunkt über die Messung
des winkelabhängigen
Erdbeschleunigungsanteils.
-
Bei
Anwendung der Vorrichtung ist es möglich, dass mehrere Vorrichtungen
A, B und C betrieben werden, die für jeweils verschiedene Fahrzeugtypen,
Pedalgrößen und
Parameter modifizierbar sind. Somit wird ein Handling für unterschiedliche
Anwendungen mit geringem Aufwand möglich.
-
Die
von einer Vielzahl von Vorrichtungen A, B, C usw. erzeugten Signale
sind über
Funkverbindung einer gemeinsamen Basisstation 10 für eine zentrale
Datenverwaltung zuführbar.
Vorteile ergeben sich, sofern die Vorrichtung bzw. Vorrichtungen A,
B, C usw. durch einen Microcontroller gesteuert werden, mit dem
eine Vorverarbeitung der Signale direkt am Pedal realisierbar ist.
-
Außerdem wird
vorgeschlagen, dass die Vorrichtung(en) A, B, C mit zumindest einer
Einricht- und/oder Teststation D in Wirkverbindung steht (stehen).
Eine solche Einricht- und/oder
Teststation D ermöglicht
den Abgleich und die Überprüfung der Messvorrichtungen
A, B und C.
-
Schließlich ist
es vorteilhaft, wenn die Parameter Temperatur und Akkuspannung in
die Messung einbezogen werden. Somit wird einer eventuellen Messungenauigkeit
der Sensorik entgegengewirkt.
-
Sofern
die Vorrichtung nicht im Einsatz ist, kann sie vorteilhaft mit einer
Baugruppe in Wirkverbindung gebracht werden, die als Lade- und/oder
Ablageeinheit 5 ausgestaltet ist.
-
Das
Prinzip einer Vernetzung mehrerer Vorrichtungen ist aus 3 ersichtlich,
wobei lediglich beispielsweise drei Vorrichtungen A, B, C dargestellt sind.
Hierbei werden die von diesen Vorrichtungen A, B, C erzeugten Signale über Funk
einer gemeinsamen Basisstation für
eine zentrale Datenverwaltung zugeführt. So könnten die Vorrichtungen A,
B und C an verschiedenen Standorten innerhalb der realisierbaren Übertragungsweite
oder auch an einem gemeinsamen Standort an wechselnden Kraftfahrzeugtypen
angeordnet werden und über
Funk mit einem Messrechner 10 im Datenverbund stehen. In
der Zeichnung sind diesbezüglich
ein Rollenbremsprüfstand
mit einem ersten Fahrzeugtyp 6 und ein Rollenbremsprüfstand mit
einem zweiten Fahrzeugtyp 7 dargestellt, denen die Vorrichtungen
A und B zugeordnet sind. Hingegen befindet sich eine gegenwärtig nicht
benutzte Vorrichtung C in der Lade- und Ablageeinheit 5.
-
- 1
- Verformkörper
- 11
- äußere Umhüllung
- 12
- Biegesteg
- 13
- flächige Baugruppe
- 14
- Durchbruch
für Kontaktverbindungen
zum Laden des Akkumulators
- 15
- Durchbruch
für Anzeigeelemente
- 16
- Durchbruch
für Antenne
eines Funkmoduls
- 2
- Trittplatte
- 21
- Kontur
für Fußabstützung
- 3
- Adapter
- 4
- Klemmvorrichtung
- 5
- Lade-
und Ablageeinheit
- 6
- Fahrzeugtyp
I auf Rollenbremsprüfstand
- 7
- Fahrzeugtyp
II auf Rollenbremsprüfstand
- 9
- Funk
- 10
- Messrechner
- A
- Messvorrichtung
- B
- Messvorrichtung
- C
- Messvorrichtung
- D
- Einricht-
und/oder Teststation