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Die
Erfindung betrifft ein Fahrpedal für ein Kfz.
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Heute
bekannte Fahrpedalelemente umfassen ein Basisteil zur festen Anordnung
in Kfz und ein Pedalteil, das gegenüber dem Basisteil schwenkbar ist.
In heute bekannten Drive-by-Wire-Systemen
ist ein Sensor zur Ermittlung der Pedalstellung vorgesehen.
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In
der DE-A-197 55 098 ist ein Fahrpedal offenbart, bei dem am Grundelement
eine Feder-Dämpfer-Einheit
vorgesehen ist, die der Betätigungsbewegung
des Pedalelements eine Federkraft einerseits und eine Reibkraft
andererseits entgegensetzt. Die Feder-Dämpfer-Einheit ist als Federtopf mit verschieblichen
Kolben ausgebildet. Ein Linearpotentiometer ist zur Ermittlung der
Pedalstellung vorgesehen. Das Pedalelement ist mittels eines Filmgelenks
schwenkbar am Basisteil angebracht.
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In
der DE-A-197 32 342 ist ein Fahrpedal für ein Kfz gezeigt. Als Rückstellelemente
dienen zwei Blattfedern, wobei sich ein gleitender Kontakt zwischen
der Rückstelleinrichtung
und dem Pedalteil einstellt. Die Pedalstellung wird durch Potentiometer, oder
alternativ berührungslos
wirkende Wegaufnehmer, sowie als weitere Alternative ein Dehnungsmeßstreifen
am Blattfederelement vorgesehen.
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In
der DE-A-102 55 712 ist ein hängendes Pedal,
ebenfalls mit einem Basisteil und einem schwenkbar daran angeordneten
Pedalteil gezeigt. Die Pedalstellung wird durch einen berührungslos
arbeitenden Linearsensor ermittelt. Bei Bewegung des Pedalteils
bewegt sich ein Cursorelement. Die Aufnahme eines Sensorwertes ist
möglich
mit einer nicht näher
beschriebenen Spulenanordnung auf einer Leiterplatte. Damit bei
Einwirken seitlicher Kräfte durch
das Spiel an der Lagerstelle des Basisteils keine Verkippung auftritt,
die zu Meßfehlern
führen
würde,
ist das Cursorelement über
einen Stift, der in einer Buchse des oberen Hebelarms des Fahrpedalelements
eingesetzt ist, an das Pedalteil gekoppelt.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Fahrpedal vorzuschlagen, bei dem
der Pedalsensor die Pedalstellung sehr genau und ohne Störungen,
insbesondere bei seitlichen Belastungen, ermitteln kann. Es ist eine
weitere Aufgabe der Erfindung, ein Fahrpedal vorzuschlagen, das
besonders einfach zusammenzubauen ist.
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Die
erste Aufgabe wird insbesondere gelöst durch ein Fahrpedal gemäß Anspruch
1. Abhängige Ansprüche beziehen
sich auf vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Fahrpedal
ist ein induktiver Sensor zur Ermittlung der Stellung des Pedalteils
vorgesehen. Der Sensor weist einen Spulenschaltkreis mit mindestens
einer Sende- und mindestens einer Empfangsspule auf. Ein induktives Koppelelement
bewegt sich bei Bewegung des Pedalteils vor dem Spulenschaltkreis.
Die Position des induktiven Koppelelements vor dem Spulenschaltkreis kann
durch eine durch dieses Element bewirkte positionsabhängige Überkopplung
von der bzw. den Sendespule(n) in die Empfangsspule(n) ermittelt
werden. Der Spulenschaltkreis ist am Basisteil angeordnet. Der Sensor
ist – im
Gegensatz zu bekannten Drehsensoren, die um den Bereich der Drehachse
angeordnet sind – bevorzugt
als Linearsensor ausgebildet.
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Erfindungsgemäß ist nun
das Koppelelement allerdings nicht direkt am Pedalteil angeordnet. Stattdessen
ist ein Hebelelement vorgesehen, an dem das Koppelelement befestigt
ist. Das Hebelelement ist am Grundelement schwenkbar gelagert. Es ist
mit dem Pedalteil gekoppelt, so daß bei Bewegung des Pedalelements
auch das Hebelelement verschwenkt. Diese Kopplung kann einseitig,
bspw. durch Anlage sein.
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Das
Hebelelement ist erfindungsgemäß am Basisteil
an einem Achsteil schwenkbar gelagert. Hierbei wird aus Gründen der
sprachlichen Vereinfachung nicht zwischen einer (mit dem Hebelelement mitdrehenden)
Welle und einer (fest am Basisteil angeordneten) Achse unterschieden,
sondern beide Möglichkeiten
werden gemeinsam als "Achsteil" bezeichnet. Das
Achsteil dient zur Führung
der schwenkbaren Lagerung, insbesondere gegenüber Querbeanspruchungen, so
daß die
Lagerung an dem Achsteil ein geringes Querspiel aufweist.
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Die
Schwenkachse des Pedalteils wird hier als „Pedal-Schwenkachse", und die des Hebelelements
als „Hebel-Schwenkachse" bezeichnet. Die beiden
Begriffe sind hierbei geometrisch im Sinne des Drehpunktes zu verstehen;
es muß sich
nicht um tatsächlich
vorhandene Achselemente handeln. Die beiden Schwenkachsen sind parallel
im Abstand voneinander angeordnet. Hierdurch läßt sich leicht eine Kopplung
der Bewegung in Schwenkrichtung vorsehen, bspw. durch Hebel, Schienen,
oder im einfachsten, bevorzugten Fall durch einseitige Anlage.
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Die
Entkopplung des von außen
oft relativ grob beanspruchten Pedalteils, auf das auch Querkräfte wirken
können,
von dem Pedalsensor führt
dazu, daß die
Ermittlung der Pedalstellung in Schwenkrichtung exakt und ohne Störungen erfolgen
kann. Das Hebelelement ist zwar bezüglich der Schwenkbewegung mit
dem Pedalteil gekoppelt, stellt jedoch ein eigenständig mit
geringem Spiel gelagertes Schwenkelement dar. Es ist somit weit
weniger von Querbelastungen und ähnlichen
Einflüssen
betroffen.
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Die
Schwenklagerung des Pedalteils hingegen kann relativ einfach ausgeführt sein,
bspw. als Filmgelenk. Die Art der Lagerung ist hierbei durch das
Hebelelement von der Ermittlung des Sensorwertes entkoppelt.
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Das
erfindungsgemäße Fahrpedal
kann sowohl als hängendes
Pedal als auch als stehendes Pedal ausgeführt sein.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Koppelelement am Ende
des Hebelelements angeordnet ist. So ergibt sich ein relativ langer
Weg, der mit einem Linearsensor (Wegsensor) genau zu erfassen ist.
Der Spulenschaltkreis ist neben dem Koppelelement angeordnet, so
daß sich
das Koppelelement auf seinem Weg vor dem Spulenschaltkreis bewegt.
Einerseits ist es möglich,
daß der
Spulenschaltkreis seitlich neben dem Hebel angeordnet ist, so daß sich das
Koppelelement im Bereich des Hebelendes in einem Bogen, aber mit
gleichbleibendem Abstand vor dem Spulenschaltkreis bewegt. Gemäß einer
Weiterbildung bevorzugt ist aber, daß der Spulenschaltkreis in
der Verlängerung
des Hebelelements angeordnet ist. So ergibt sich eine besonders
schlanke Bauform entsprechend der ohnehin länglichen Form des Fußpedals. Der
Spulenschaltkreis kann – entsprechend
der vom Koppelelement beschriebenen leicht bogenförmigen Bahn – eine Krümmung aufweisen.
Bevorzugt ist aber, daß der
Spulenschaltkreis gerade ist, bspw. als herkömmliche Leiterplatte. Die Herstellung
ist dann besonders einfach und kostengünstig. Zwar ergibt sich durch
die leicht bogenförmige
Bahn ein variabler Abstand des Koppelelements über dem Spulenschaltkreis.
Das Auftreten von Meßfehlern
hierbei kann aber vermieden werden, wenn ein in dieser Hinsicht
robuster induktiver Sensor, wie er bspw. in der WO-A-03/038379 beschrieben
ist, verwendet wird. Im übrigen
ist es auch möglich,
evtl. Meßfehler
durch entsprechende Kalibrierung zu minimieren.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ist ferner mindestens eine, bevorzugt
zwei Rückstellfeder(n)
zur Rückstellung
des Hebelelements vorgesehen. Besonders bevorzugt ist es, wenn die
Federn auch zur Rückstellung
des Pedalteils dienen, indem das Hebelelement das Pedalteil zurückstellt.
Durch die Anbringung einer Rückstellfeder
am Hebelelement ist sichergestellt, daß auch das Hebelelement – und nicht
lediglich das Pedalteil – bei
Nichtbetätigung sicher
zurückgestellt
wird und so im Fall irgendwelcher Fehlfunktionen ein unbeabsichtigtes
Gasgeben ausgeschlossen ist. Durch die Federn wird ferner das Hebelement
gegen das Pedalteil gedrückt,
so dass es dessen Bewegung stets spielfrei folgt.
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Zur
Lagerung des Pedalteils am Basisteil kann ein Filmgelenk vorgesehen
sein. Aufgrund der Entkopplung des Sensors durch das Hebelelement spielt
die Genauigkeit der Lagerung des Pedalteils keine besondere Rolle
mehr.
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Für die Lagerung
des Hebelelements ist gemäß einer
Weiterbildung bevorzugt, daß ein
Achsteil am Basisteil angeordnet ist. Hierbei kann es sich um jede
Form eines Achsteils handeln, also ein Lagerteil von – mindestens
im wesentlichen – rundem
Querschnitt, das von einer am Hebelelement gebildeten Aufnahmebuchse
mindestens teilweise umfaßt
wird. Für
die exakte Lagerung der Buchse am Achsteil kommt es auf das Spiel
zwischen diesen beiden Teilen an. Um das Spiel möglichst gering zu halten ist bevorzugt,
daß die
Aufnahmebuchse mindestens aus einem ersten Buchsenteil und einem
zweiten Buchsenteil besteht, wobei die Buchsenteile gegeneinander
verspannt sind. Sie klemmen dann den Achsteil zwischen sich ein,
was zu einer Lagerung mit sehr geringem Spiel führt. Durch das Einklemmen wird
zudem eine gewisse Reibung erzeugt, die für ein gewünschtes Hystereseverhalten
des Pedals sorgt. Das jeweils gewünschte Reibmoment kann beeinflußt werden
einerseits durch die Kraft der Einspannung und andererseits durch
die jeweiligen Oberflä chen
der Reibpartner. Um ein hohes Reibmoment zuverlässig zu erreichen sollte eine
möglichst
große Fläche zur
Verfügung
stehen. Deshalb wird ein relativ großer Durchmesser des Achsteils
von bspw. mehr als 5 mm, bevorzugt mehr als 10 mm, besonders bevorzugt
mehr als 15 mm gewählt,
bevorzugt bis maximal 80 mm, besonders bevorzugt bis 60 mm.
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Gemäß einer
wesentlichen Weiterbildung der Erfindung ist der Spulenschaltkreis
Teil eines Sensormoduls. Das Sensormodul kann als separate Einheit
gefertigt und erst dann am Basisteil befestigt werden. Das Sensormodul
umfaßt
außer
dem Spulenschaltkreis – der
bevorzugt in Form einer Leiterplatte mit darauf gebildeten flachen
Spulenstrukturen eines induktiven Sensors ausgebildet ist – einen
Anschlußstecker
mit Kontakten und einem Steckergehäuse. Die Kontakte sind mit
dem Spulenschaltkreis verbunden. Bevorzugt ist außerdem,
daß das
Sensormodul zusätzlich
noch eine Ansteuerungs- und Auswertungselektronik für den Spulenschaltkreis
beinhaltet, bspw. als auf der Leiterplatte angebrachte integrierte
Schaltung. Der Stecker dient dann nach Einbau im Kfz zur Herstellung
einer elektrischen Verbindung mit der Spannungsversorgung und Motorsteuerung.
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Die
oben beschriebene Ausbildung des Fahrpedals mit einem Sensormodul
wird auch für sich
gesehen als besonders vorteilhaft angesehen. Dementsprechend wird
der zweite Teil der genannten Aufgabe gelöst durch ein Fahrpedal mit
induktivem Sensor gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 9, bei dem der Spulenschaltkreis Teil eines Sensormoduls wie
oben beschrieben ist.
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Die
Fertigung eines solchen Fahrpedals durch Anbringen eines separaten
Sensormoduls ist sehr einfach. Entsprechende Halterungen können am
Basisteil vorgesehen sein. So kann das Sensormodul separat vorbereitet
und dann am Grundelement befestigt, bevorzugt eingeschoben werden. Führungen
und/oder Verrastungen für
den Einschub eines solchen Sensormoduls können am Basisteil vorgesehen
sein. Durch die Ausführung
als Sensormodul, das in Führungen
aufgenommen ist wird gewähleistet,
dass auch bei starken Mißbrauchskräften auf
das Fahrpedal die empfindlichen Bestandteile des Moduls weitgehend
von schädlichem
Einfluß einwirkender
Kräfte
frei bleiben.
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Im
folgenden werden Ausführungsformen der
Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen
zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Fahrpedals;
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2 eine
Querschnittsansicht des Fahrpedals aus 1;
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3 in
perspektivischer Ansicht eine Explosionsdarstellung des Fahrpedals
aus 1, 2;
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4 eine
perspektivische Ansicht einer Explosionsdarstellung einer Ausführungsform
eines Sensormoduls des Fahrpedals aus 1 – 3;
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4a eine
perspektivische Ansicht von Elementen des Sensormoduls aus 4;
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5 in
perspektivischer Ansicht eine Explosionsdarstellung von Elementen
einer Sensorhebelvorrichtung des Fahrpedals aus 1 – 3;
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6.
in perspektivischer Ansicht eine weitere Explosionsdarstellung des
Fahrpedals aus 1.
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1 zeigt
in perspektivischer Ansicht ein Fahrpedal 10, das in 2 noch
einmal in einer Querschnittsansicht zu sehen ist. Das Fahrpedal 10 umfaßt ein im
Kfz fest anzuordnendes Gehäuseteil – Grundelement 12 – an dem über ein
Filmgelenk 16 ein Pedalteil 14 mit einer Pedalplatte 18 so
angebracht ist, daß er
um eine Schwenkachse S1 verschwenkbar ist. Grundelement 12 und
Pedalteil 14 bestehen aus Kunststoff.
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Am
Grundelement 12 ist ein Stecker 20 mit einem Steckergehäuse und
darin angeordneten elektrischen Kontakten vorgesehen. Über den
Stecker 20 wird das Fahrpedal 10 in einem Kfz
elektrisch angeschlossen, wobei es, wie im weiteren noch näher beschrieben
wird, den jeweils aktuellen Wert der Schwenkstellung des Pedalteils 14 als
Sensorwert ermittelt und als elektrisches Signal – digital
oder analog – am
Stecker 20 ausgibt. Die entsprechenden Signale werden im
Kfz von einer Steuereinheit – ECU – verarbeitet.
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Das
Fahrpedal 10 weist einen Sensorhebel 22 auf, der
am Basisteil 12 ebenfalls schwenkbar gelagert ist, und
zwar um eine Schwenkachse S2. Die Schwenkachse S2 verläuft parallel
im Abstand zur Schwenkachse S1. Zwischen dem Basisteil 12 und dem
Hebel 22 sind zwei Spiralfedern 24 vorgesehen, die
den Hebel 22 nach oben drücken. Der Hebel 22 liegt über eine
am oberen Ende gebildete Nase 26 am Pedalteil 14 an,
und zwar an der Innenfläche 28 der
Pedalplatte 18. Durch die Kraft der Federn 24 wird
die Nase 26 des Pedalhebels 22 stets fest gegen diese
Fläche
gedrückt.
So werden durch die Kraft der Federn 24 sowohl der Hebel 22 als
auch das Pedalelement 14 stets in Richtung einer Leerlaufstellung zurückgestellt.
Durch die Federbelastung ist auch sichergestellt, dass der Sensorhebel 22 der
Bewegung des Pedalteils 14 stets spielfrei folgt. Die Leerlaufstellung
ist begrenzt durch das Zusammenwirken von zwei Hakenelementen, einem
ersten Hakenelement 30 am Basisteil 12 und einem
zweiten Hakenelement 32 am Pedalteil 14.
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In 3 sind
die Baueinheiten des Fahrpedals 10 in Explosionsdarstellung
gezeigt.
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Am
Pedalteil 14 ist das Filmgelenk 16 angespritzt,
das beim Zusammenbau von der Seite in einen Schlitz am Basisteil 12 eingeschoben
wird.
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Das
Basisteil 12 umfaßt
einen nach oben offenen, aber zu den Seiten geschlossenen Gehäusebereich 40 zur
Aufnahme des Hebels 22.
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Bei
dem Fahrpedal 10 ist zur Ermittlung der Stellung des Pedalteils 14 ein
induktiver Sensor vorgeshen. Hierbei handelt es sich um einen Linearsensor,
bei dem der Weg eines Koppelelements 42 über einem
Spulenschaltkreis 44 detektiert wird. Ein derartiger Sensortyp
ist dem Fachmann an sich bekannt. Bevorzugt wird ein induktiver
Linearsensor, wie er beispielsweise in der WO-A-03/038379 beschrieben ist.
Hierbei ist das induktive Koppelelement 42 als Resonanzkreis
mit mindestens einer Induktivität
und einer Kapazität
ausgebildet. Der Spulenschaltkreis 44 weist zwei entlang
des Sensorbereiches, d.h. des Weges des Koppelelements, 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 42 bewirkt
eine von seiner Position zum Spulenkreislauf 44 abhängige Kopplung
zwischen den Erregerspulen und der Empfängerspule, so daß sich aus
den Signalen in der Empfängerspule exakt
die Position des Koppelelements 42 ermitteln läßt. Die
Verwendung eines Resonanzkreises als induktives Koppelelement ist
zwar vorteilhaft, weil bei Anregung im Bereich der Resonanzfrequenz
hohe Signalstärken
erreicht werden. Unter Verzicht auf diesen besonderen Vorteil kann
das Koppelelement aber auch einfacher ausgebildet sein, beispielsweise als
Leiterschleife, Ferritelement oder ähnliches. Ebenso sind vergleichbare
induktive Sensoren bekannt, die mit unterschiedlichen Anzahlen von
Erreger- und Empfängerspulen
arbeiten.
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Bei
dem gezeigten Fahrpedal 10 ist der induktive Sensor redundant
ausgelegt. Um die Ausfallsicherheit zu erhöhen umfasst der Spulenschaltkreis 44 nicht
nur einen Spulensatz bestehend aus zwei Erregerspulen und einer
Empfängerspule,
sondern es sind zwei vollständige
Spulensätze
enthalten. Gleichzeitig weist das induktive Koppelelement 42 zwei
separate Resonanzkreise auf. Die Resonanzkreise sind hierbei mit
unterschiedlichen Kapazitäten bestückt, so
dass sie unterschiedliche Resonanzfrequenzen haben. Die Koppelelemente
sind hierdurch voneinander unterscheidbar, so dass die beiden Teile des
redundant ausgelegten Sensors jeweils unabhängig voneinander arbeiten,
ohne sich gegenseitig zu beeinflußen. Hierbei wird der erste
Spulensatz auf der Resonanzfrequenz des ersten Resonanzkreises und
der zweite Spulensatz auf der Resonanzfrequenz des zweiten Resonanzkreises
des Koppelelements 42 betrieben. In alternativen Ausgestaltungen ist
es auch möglich,
eine noch größere Anzahl
von unterscheidbaren Koppelelementen vorzusehen, oder die Position
verschiedener Koppelelemente mit nur einem Spulensatz zu ermitteln,
der abwechselnd auf verschiedenen Frequenzen betrieben wird.
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Im
Gegensatz zu Rotationssensoren, die im Bereich der Drehachse eines
drehenden Teils angebracht sind und die Drehung dieses Teils um
die Drehachse ermitteln wird bei dem Fahrpedal 10 ein induktiver
Linerarsensor eingesetzt. Hier wird die Schwenkposition des Hebels 22 erfaßt, und
zwar außerhalb
von dessen Drehachse S2. Am Ende des Hebels 22 ist das
in diesem Fall als Leiterplättchen mit
einem Resonanzkreis ausgebildete Koppelelement 42 aufgesetzt.
Der beim Verschwenken des Hebels 22 leicht bogenförmige Weg
des Koppelelements 42 wird durch den in Verlängerung
des Hebels angeordneten Spulenschaltkreis 44 ermittelt.
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Hierbei
ist der Spulenschaltkreis wie in 3, 4 erkennbar
Teil eines Sensormoduls 48. Das Sensormodul 48 umfaßt den bereits
erwähnten Stecker 20 mit
einem umlaufenden Steckergehäuse und
darin vorstehenden elektrischen Kontakten. Einstückig mit dem Steckergehäuse ausgebildet
ist ein Modulgehäuse 50.
Steckergehäuse
und Modulgehäuse 50 sind
im Spritzgußverfahren
aus Kunststoff hergestellt, wobei Kontaktbahnen aus leitfähigem Metallblech
so in das Kunststoff-Material eingebettet ist, daß es die
innerhalb des Steckers 20 vorstehenden Kontakte bildet
und innerhalb des Modulgehäuses 50 Kontakte 52 zum
Anschluß an
den als Leiterplatte ausgebildeten Spulenschaltkreis 44 vorstehen. Die
Herstellung des Moduls 48 mit teilweise eingebetteten Stanzgittern
ist besonders wirtschaftlich.
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Die
auch als "Stanzgitter" bezeichneten parallel
zueinander angeordneten flachen Stege 52 aus Blech werden
durch Stanzen hergestellt. Wie aus 4a ersichtlich,
umfaßt
das Modul zwei Gruppen von derartigen Stegen: Die jeweils identischen
Stege 53a einer ersten Gruppe verlaufen im wesentlichen gerade
und sind parallel angeordnet, während
drei ebenfalls identisch geformte Stege 53b einer zweiten Gruppe,
die mit den Stegen 53a der ersten Gruppe abwechselnd angeordnet
sind, hakenförmig
ausgebildet sind. Die Stege 53a, 53b verlaufen
im Inneren des Kunststoffmaterials des Gehäuses 50 zum Stecker 20,
wobei die erste Gruppe von Stegen 53a die untere Reihe
von Steckkontakten bildet und die zweite Gruppe von Stegen 53b die
obere Reihe.
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Bei
dem Modul 48 ist die Leiterplatte 44 winklig unter
90° zur
Steckrichtung des Steckers 20 angeordnet. So kann eine
Verbindung mit Hilfe der Stanzgitter besonders wirtschaftlich hergestellt
werden, da nur zwei unterschiedliche Gruppen von Stanzgittern benötigt werden.
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Auf
der Leiterplatte 44 sind die für den induktiven Sensor benötigten Spulen
als flache Leiterstruktur aufgebracht. Die Leiterplatte 44 wird
mit dem Modulgehäuse 50 verbunden,
wobei die daraus vorstehenden Kontakte 52 in entsprechende
Bohrungen der Leiterplatte 44 eingesetzt und dort eingepresst und/oder
verlötet
werden. Auf der gegenüberliegenden
Seite wird die Leiterplatte 44 durch Blindpfosten 55 gehalten.
So wird das Sensormodul 48 als separate Einheit hergestellt.
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Auf
der Leiterplatte 44 befindet sich außer dem Spulenschaltkreis auch
die notwendige Beschaltung zur Ansteuerung der Erregerspulen und Auswertung
des Signals der Empfängerspule.
Diese ist in Form eines integrierten Bausteins, ASIC, mit diskreten
Bauelementen als Schutzbeschaltung vorgesehen. Das Sensormodul 48 beinhaltet
somit alle stationären
elektrisch wirksamen Teile des induktiven Sensors, mit dem die Position
des Koppelelements 42 festgestellt werden kann. Der ASIC
wertet die empfangenen Signale aus und liefert am Stecker 20 die
so ermittelte Position des Koppelelements 42.
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Bei
der Montage des Fahrpedals 10 wird das Sensormodul 48 vormontiert
und wie aus 3 ersichtlich von unten in das
Basisteil 12 des Fahrpedals 10 eingeschoben. Das
Basisteil 12 verfügt über entsprechende
Schienenführungen.
In der endgültigen Position
wird das Sensormodul 48 gegen einen Anschlag gedrückt und
durch einen Verriegelungsdeckel 49 fixiert. Das Sensormodul 48 ist
so exakt und sicher positioniert und gehalten.
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In 2 ist
erkennbar, wie sich das Koppelelement 42 am Hebel 22 vor
dem Spulenschaltkreis 44 bewegt. So kann die Position des
Hebels 22 exakt ermittelt werden.
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Das
Sensormodul 48 hat als separate Baueinheit mit eigenem
Gehäuse,
die komplett am Basisteil 12 aufgenommen ist den Vorteil,
dass seine funktionellen Bestandteile, d. h. insbesondere der ASIC sowie
die Verbindungen der Kontakte mit den Bauelementen und der Leiterplatte
auch bei starken Mißbrauchskräften auf
das Fahrpedal 10 weitgehend vom schädlichen Einfluß einwirkender
Kräfte
frei bleiben.
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Wie
aus 3 ersichtlich befindet sich das Koppelelement 42,
und ebenso der davor angeordnete Spulenschaltkreis 44 nicht
gerade innerhalb des Basisteils 12, sondern ist gegenüber diesem
schräg angeordnet.
Die Normale der durch die Leiterplatte 44 gebildeten Fläche ist
nicht parallel zur Längsrichtung
des Pedals, sondern ist um ca. 30° schräg zu dieser
angeordnet. So wird einerseits erreicht, daß bei einfacher, nämlich winkliger,
Ausführung
des Steckers 20 dieser trotzdem, wie aus 1 ersichtlich, von
der Seite erreicht werden kann. Andererseits wird durch den schrägen Einbau
erreicht, daß der durch
die Geometrie vorgegebene variable Abstand des Koppelelements 42 (das
einen Bogen beschreibt) über
der Leiterplatte 44 (die gerade ist) verringert wird. Trotzdem
ist weiterhin der Spulenschaltkreis 44 in der Verlängerung
des Hebels 22 angeordnet, so daß die längliche Bauform des Pedals
beibehalten bleibt.
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Im
Betrieb des Fahrpedals bewegt sich der Hebel 22 stets mit
dem vom Fahrer bedienten Pedalteil 14. Durch die Federn 24 liegt
der Hebel 22 (mit seiner Nase 26) stets am Pedalteil 14 an.
Deshalb bewegt sich das am Hebel 22 angebrachte Koppelelement 42 auch
stets mit dem Pedalteil 14. Die Aufnahme des Weges des
Koppelelements 42 durch das Sensormodul 48 liefert
damit die exakte Pedalposition.
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Während allerdings
das Pedalelement 14 in einem Filmgelenk 16 gelagert
ist, besitzt der Hebel 22 eine eigene Lagerung.
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In 5 ist
der Sensorhebel 22 in einer Explosionsdarstellung gemeinsam
mit seinem Lagerelement gezeigt. Als Lagerelement dient ein Achsteil 56,
das in das Gehäuse 40 des
Basisteils 12 eingeschoben und dort durch Verrastung fixiert
wird. Das Achsteil 56 ist aus Kunststoff hergestellt und
umfaßt ein
rundes Achselement von relativ großem Durchmesser, im gezeigten
Beispiel ca. 22 mm. Dieses Achsteil wird eingeschoben in eine am
Hebel 22 gebildete Hülse,
die einen äußeren Hülsenteil 58 und
einen inneren Hülsenteil 60 umfaßt. Der
Hebel 22 ist selbst zweigeteilt, wobei an einem äußeren Hebelteil 62 der äußere Hülsenteil 58 gebildet
ist, und an einem inneren Hebelteil 64 der inneren Hülsenteil 60 gebildet
ist. Der innere und äußere Hebelteil 62, 64 liegen
im zusammengebauten Zustand mit Anlageflächen 66 (am äußeren Hebelteil 62)
und 68 (am inneren Hebelteil 64) aufeinander.
Die Federelemente 24 wirken wie aus 2 ersichtlich
direkt nur auf den inneren Hebelteil 64. Bei eingeschobenem
Achsteil 56 ergibt sich so zwischen den Buchsenteilen 58, 60 eine
Verspannung, so daß die
gebildete zweiteilige Buchse das Achsteil 56 einklemmt.
Durch diese Einklemmung ergibt sich eine besonders intensive Anlage
und damit besonders genaue Führung
des Hebels 22 mit minimalem Querspiel.
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Durch
die Verspannung ergibt sich weiter eine definierte, gewünschte Reibung
zwischen dem Hebel 22 und dem Achsteil 56. Diese
Reibung wird zur Erzeugung der für
Drive-By-Wire-Fahrpedale
benötigten
Hysterese genutzt. Die Erzeugung von Reibung im Bereich des Kontaktes
zwischen der Nase 26 des Hebels 22 und der Unterseite 28 der
Fahrpedalplatte 18 hat sich hingegen als nicht vorteilhaft
erwiesen. Die so erzeugte Reibung wäre z.T. schwer kontrollierbar,
und es können
sich Stick-/Slip-Effekte ergeben. Bevorzugt ist die Nase 28 deshalb
mit einem Gleitbelag versehen, der für ein besonders leichtes Gleiten
ohne zusätzliche
spürbare
Reibung sorgt. Alternativ kann der Hebel 22 mit Nase 26 vollständig aus
einem Material bestehen, das eine geringe Reibung mit der Unterseite 28 des
Pedals aufweist.
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Das
Fahrpedal 10 verfügt über eine
Kickdown-Vorrichtung 34. Beim Niederdrücken des Pedalteils 14 in
Betätigungsrichtung
kommt eine Auslösefläche 38 am
Basis-Element 12 in Eingriff mit einer Kickdown-Vorrichtung 34.
Bei dieser Kickdown-Vorrichtung 34 kann es sich um einen
mechanischen Kickdown-Schalter handeln, wie er beispielsweise in der
DE-A-100 31 097
der Anmelderin beschrieben ist, bei dem der zapfenförmige Stößelkörper 36 federgespeichert
ist und durch eine Ausnehmung mit federgespeicherten Kugeln gedrückt wird.
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In
der bevorzugten Ausführung
ist wie in 2 in Querschnitt und in 6 als
Explosionsdarstellung gezeigt, die Kickdown-Vorrichtung 34 als monostabile
Schnappscheibe ausgebildet.
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Am
Pedalelement 14 wird eine Schnappscheibe 70 aufgenommen.
Bei der Schnappscheibe 70 handelt es sich um ein aus Federblech
gefertigtes flächiges
Element mit einer ovalen Wölbung.
An den langen Enden der gebildeten Ellipse sind an der Schnappscheibe 70 Halteelemente 72 ausgeformt, die
in entsprechenden Halterungen an der Unterseite des Pedalteils 14 aufgenommen
werden.
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Bei
Betätigung
des Pedals bis zur Endstellung trifft die Schnappscheibe 70 auf
den am Basiselement 12 gehaltenen Betätigungsstößel 38. Der Betätigungsstößel 38 drückt etwa
auf die Mitte der ovalen Wölbung
der Schnappscheibe 70. Die Schnappscheibe 70 setzt
der Betätigung
zunächst
eine recht hohe Kraft entgegen, und springt dann nach Erreichen
eines Schnappunktes reversibel um. Bei nachlassender Betätigung springt
die Schnappscheibe 70 in die ursprüngliche Lage zurück.
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Durch
die Schnappscheibe 70 ergibt sich in der Kraft/Weg-Kennlinie
der Betätigung
des Pedalteils 14 eine Kraftspitze, d.h. eine für den Benutzer spürbare Gegenkraft,
die bei einer exakt fühlbaren Schaltschwelle überwunden
ist. Durch diese Schaltschwelle betätigt der Benutzer bewußt eine
Schaltfunktion. Bei Automatikgetrieben ist dies der bekannte „Kickdown", der zusätzlich zum
Vollgas auch ein Herunterschalten des Getriebes bewirkt. Ebenso könnten andere
Schaltfunktionen hierdurch ausgelöst werden.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß 6 mit Schnappfeder
ebenso wie bei einer alternativen Ausführung mit einem kugelgelagerten
Stößel dient
das jeweilige Kickdown-Element einzig dazu, die Schaltschwelle für den Benutzer
fühlbar
zu machen. Eine eigentliche elektrische Schaltfunktion bewirkt das
jeweilige Kickdown-Element (kugelgelagerter Kickdown bzw. Schnappscheibe 70)
jedoch nicht. Die Kickdown-Schaltfunktion wird in der elektronischen Steuereinheit
ECU eines Kfz ausgelöst,
sobald über den
induktiven Sensor festgestellt wird, daß sich das Pedalteil 14 in
der dem Kickdown-Bereich entsprechenden Stellung befindet. Für die Funktion,
d.h. das tatsächliche
Auslösen
des Kickdown, sind somit allein der Sensor und die elektronische
Steuereinheit verantwortlich. Das jeweilige Kickdown-Element ist ein
rein haptisches Element.