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Die
Erfindung betrifft ein Fahrpedalmodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Beispielsweise
aus der
DE 100 21
532 A1 ist ein Fahrpedalmodul bekannt, das zum Einstellen
der Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs vorgesehen ist. Dort kann
ein Pedal von einem Fahrer gegen die Kraft einer Rückstellfeder
betätigt
werden. Eine Reibvorrichtung steht in Wirkverbindung mit dem Pedal, um
beim Betätigen
des Pedals eine Krafthysterese zu erzeugen.
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Insbesondere
die Einstellbarkeit der Reibvorrichtung und damit der Krafthysterese
ist häufig aufwendig
und kostenintensiv. Die vorliegende Erfindung hat deshalb die Aufgabe,
ein Fahrpedalmodul zu schaffen, das einfach aufgebaut und leicht
einzustellen ist.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch das Fahrpedalmodul nach dem Anspruch 1.
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Das
erfindungsgemäße Fahrpedalmodul weist
ein Pedal und eine Rückstellfeder
auf, wobei das Pedal um eine Schwenkachse gegen die Rückstellfeder
schwenkbar ist. Weiterhin weist das Fahrpedalmodul eine Wippe auf,
wobei die Wippe um eine Schwenkachse schwenkbar ist, wobei die Rückstellfeder
hinsichtlich der Schwenkachse auf der einen Seite der Wippe anliegt,
und wobei die Wippe auf ihrer anderen Seite eine Reibfläche aufweist,
die an dem Pedal anliegt.
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Die
Federkraft der Rückstellfeder
wird über die
Wippe auf die Reibfläche
und von dort auf das Pedal übertragen.
Damit entsteht zwischen der Reibfläche der Wippe und dem Pedal
eine Reibkraft. Diese Reibkraft hat eine bremsende Wirkung auf eine Schwenkbewegung
des Pedals. Bei einer Betätigung des
Pedals muss somit nicht nur die Federkraft der Rückstellfeder überwunden
werden, sondern zusätzlich
auch die genannte Reibkraft. Erst danach geht das Pedal in eine
Schwenkbewegung über.
Diese Funktionsweise stellt eine Hysterese hinsichtlich der für die Betätigung des
Pedals aufzubringenden Kraft dar.
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Wie
erläutert
wurde, ist die Wippe um eine Schwenkachse schwenkbar. Diese Schwenkachse kann
durch eine entsprechende Ausbildung der Wippe verändert werden.
Eine derartige Veränderung bewirkt
jedoch auch eine Veränderung
der Hebelwirkung der Wippe und damit der Reibkraft. Durch eine entsprechende
Anordnung der Schwenkachse der Wippe kann somit das gesamte Fahrpedalmodul
auf den jeweiligen Einsatzfall eingestellt werden. Insbesondere
kann die Hysterese an unterschiedliche Rückstellfedern oder dergleichen
angepasst werden.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Pedal
eine Reibfläche
auf, an der die Reibfläche
der Wippe anliegt. Vorzugsweise sind die beiden Reibflächen kreisbogenförmig ausgebildet,
wobei der Mittelpunkt der beiden kreisbogenförmigen Reibflächen etwa
koaxial zu der Schwenkachse des Pedals ausgerichtet sein kann. Durch
diese Maßnahmen
wird eine relativ genaue Festlegung der Reibkraft und damit eine
exakte Einstellbarkeit des Fahrpedalmoduls erreicht.
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Weitere
Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder
in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung
sowie unabhängig
von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw.
in der Zeichnung.
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1 zeigt
eine schematische Explosionszeichnung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrpedalmoduls, 2 zeigt
eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht des zusammengebauten
Fahrpedalmoduls der 1, 3 bis 5 zeigen
schematische, teilweise geschnittene Perspektivansichten des zusammengebauten
Fahrpedalmoduls der 1 aus verschiedenen Richtungen,
und 6 zeigt ein schematisches Diagramm einer Hysterese
des Fahrpedalmoduls der 1.
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In
der 1 sind die Bauteile eines Fahrpedalmoduls 10 jeweils
separat und perspektivisch dargestellt. Weiterhin sind in der 1 Pfeile
enthalten, die angeben, wie die Bauteile zusammenzubauen sind. In
den 2 bis 5 sind die Bauteile zusammengebaut.
Die nachfolgende Beschreibung des Fahrpedalmoduls 10 bezieht
sich auf alle genannten Figuren.
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Das
Fahrpedalmodul 10 ist insbesondere zum Einbau in ein Kraftfahrzeug
vorgesehen und wird in diesem Zusammenhang häufig auch als Gaspedal bezeichnet.
Das Fahrpedalmodul 10 kann von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs
mit dem Fuß betätigt werden,
um auf diese Weise den Fahrerwunsch, beispielsweise ein Beschleunigen
des Kraftfahrzeugs vorzugeben.
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Das
Fahrpedalmodul 10 weist ein Pedal 11 auf, das
aus zwei zueinander abgewinkelten Pedalteilen 12, 13 zusammengesetzt
ist. An dem freien Ende des Pedalteils 13 ist eine Trittfläche 14 für die Betätigung durch
den Fahrer angebracht. Am freien Ende des anderen Pedalteils 12 steht
eine etwa quaderförmige
Aufnahme 15 ab, in der ein Ferrit 16 untergebracht
ist. Weiterhin ist in dem Pedalteil 12 eine einseitig geschlossene,
insbesondere zylinderförmige
Aufnahme 17 enthalten, in der zumindest eine, ggf. auch
zwei Rückstellfeder/n 18 aufgenommen ist/sind.
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Das
Fahrpedalmodul 10 weist ein Tragteil 21 auf, das
mit einer länglichen Öffnung 22 versehen
ist, in der das Pedalteil 12 aufgenommen ist. Weiterhin ist
das Tragteil 21 mit einer Bohrung 23 versehen,
in die von beiden Seiten des Tragteils 21 jeweils ein Lager 24 und
ein Stopfen 25 eingesetzt ist. In dem Pedalteil 12 ist
eine weitere, nicht dargestellte Bohrung vorgesehen, die im in das
Tragteil 21 eingebauten Zustand des Pedals 11 koaxial
zu der Bohrung 22 ausgerichtet ist. Die Bohrung 22 zusammen
mit den Lagern 24 und den Stopfen 25 bildet somit
im eingebauten Zustand eine Schwenkachse für das Pedal 11.
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In
dem Tragteil 21 ist weiterhin ein Bereich 26 enthalten,
in dem eine Wippe 27 aufgenommen ist. Im zusammengebauten
Zustand ist die Rückstellfeder 18 in
der Aufnahme 17 aufgenommen, liegt innerhalb der Aufnahme 17 an
deren geschlossenem Ende an, und liegt mit ihrem aus der Aufnahme 17 herausstehenden
Ende an der Wippe 27 an.
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Weiterhin
ist in dem Tragteil 21 eine etwa quaderförmige Aufnahme 28 enthalten,
in der ein Platinenträger 29 mit
einer darauf montierten Sensorplatine 30 untergebracht
ist. Auf der Sensorplatine 30 ist eine Sensorschaltung
vorhanden, die mit dem Ferrit 16 zusammenwirkt. Weiterhin
sind Kontakte 31 vorgesehen, über die ein von der Sensorschaltung erzeugtes
Sensorsignal ausgelesen werden kann.
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Es
versteht sich, dass die beschriebene Sensorik, also insbesondere
der Ferrit 16 und die Sensorplatine 30, auch andersartig
ausgebildet sein können.
Entsprechendes gilt auch für
die Ausgestaltung des Pedals 11, des Tragteils 21 und
der schwenkbaren Lagerung des Pedals 11 in dem Tragteil 21.
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Die
Ausgestaltung der Wippe 27 kann insbesondere der 2 entnommen
werden. Danach ist die Wippe 27 etwa quaderförmig ausgebildet
und weist eine (in der 2 etwa waagrecht verlaufende) Längsachse
und eine (in der 2 etwa quer zur Bildebene verlaufende)
Querachse auf. In dem mit einem Pfeil 32 gekennzeichneten
Bereich ist die Wippe 27 auf ihrer dem Pedalteil 12 abgewandten
Seite mit einem in Richtung der Querachse verlaufenden Steg oder
Vorsprung oder dergleichen versehen, der an einer Wand des Tragteils 21 anliegt,
und der damit eine Schwenkachse für die Wippe 27 bildet.
Durch diese Schwenkachse wird die Wippe 27 in zwei Teile 33, 34 aufgeteilt.
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In
dem (in der 2 rechts gezeigten) Teil 33 der
Wippe 27 liegt die aus der Aufnahme 17 herausragende
Rückstellfeder 18 an
der dem Pedalteil 12 zugewandten Seite der Wippe 27 an.
Das (in der 2 links gezeigte) Teil 34 der
Wippe 27 ist an der dem Pedalteil 12 zugewandten
Seite mit einer Reibfläche 35 versehen,
die in Längsrichtung
etwa kreisbogenförmig
ausgebildet ist und sich über
zumindest einen Teil der Wippe 27 in Querrichtung erstreckt. Das
Pedalteil 12 ist ebenfalls mit einer Reibfläche 36 versehen,
die der Wippe 27 zugewandt und korrespondierend zu der
Reibfläche 35 der
Wippe 27 ausgerichtet ist. Die beiden Reibflächen 35, 36 weisen denselben
Radius auf und liegen aneinander an. Der Mittelpunkt der beiden
kreisbogenförmigen
Reibflächen 35, 36 ist
etwa koaxial zu der von der Bohrung 22 gebildeten Schwenkachse
des Pedals 11 ausgerichtet.
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Auf
der dem Pedalteil 12 abgewandten Seite ist die Wippe 27 ggf.
mit einem Vorsprung 37 versehen, der der Fixierung der
Wippe 27 in Längsrichtung dient.
Ansonsten ist die Wippe 27 auf ihrer dem Pedalteil 12 abgewandten
Seite derart ausgebildet, dass ein Schwenken der Wippe 27 um
die erläuterte Schwenkachse
der Wippe 27 möglich
ist.
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In
dem Tragteil 21 sind Bohrungen mit ggf. darin enthaltenen
Hülsen
vorhanden, über
die das Tragteil 21 und damit das zusammengebaute Fahrpedalmodul 10 insbesondere
in einem Kraftfahrzeug befestigt werden kann.
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Wird
das Pedal 11 des Fahrpedalmoduls 10 nicht betätigt, so
befindet sich das Pedal 11 in einer ersten Position, wie
dies in den 2 und 3 dargestellt
ist. Der Ferrit 16 befindet sich in einer (in der 2 unteren)
Position. Die Rückstellfeder 18 ist nicht
vollständig
entspannt und liegt am geschlossenen Ende der Aufnahme 17 sowie
an der Wippe 27 an. Die Rückstellfeder 18 übt damit
eine Federkraft FF auf die Wippe 27 aus. Diese Federkraft
ist in der 3 schematisch mit Hilfe eines
Pfeils 38 angedeutet. Diese Kraft wird über die Schwenkachse der Wippe 27 auf
die Reibfläche 35 der
Wippe 27 übertragen, die
damit mit einer der Federkraft FF entsprechenden Normalkraft FN
an der Reibfläche 36 des
Pedalteils 12 anliegt. Die Normalkraft ist in der 3 schematisch
mit Hilfe eines Pfeils 39 angedeutet.
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Damit
das Pedal 11 eine Schwenkbewegung um die von der Bohrung 22 gebildete
Schwenkachse des Pedals 11 ausführt, muss beispielsweise der Fahrer
eines Kraftfahrzeugs eine Betätigungskraft FB
aufbringen, die größer ist
als die erläuterte
Federkraft FF der Rückstellfeder 18.
Ist dies der Fall, so bewirkt die erläuterte, auf die Reibflächen 35, 36 einwirkende
Normalkraft FN, dass zwischen den Reibflächen 35, 36 eine
Reibkraft FR entsteht. Diese Reibkraft ist in der 3 schematisch
mit Hilfe eines Pfeils 40 angedeutet. Die Reibkraft FR
hat zur Folge, dass das Pedal 11 – obwohl die Federkraft FF überwunden
ist – noch
keine Schwenkbewegung ausführt.
Diese Schwenkbewegung wird von der zwischen den Reibflächen 35, 36 wirkenden
Reibkraft FR abgebremst. Erst wenn von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs
eine Betätigungskraft
FB aufgebracht wird, die größer ist
als die Summe aus der Federkraft FF und der Reibkraft FR, FB > FF + FR, geht das
Pedal 11 in eine Schwenkbewegung über.
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Der
Fahrer muss also mit der von ihm aufgebrachten Betätigungskraft
FB nicht nur die entgegenwirkende Federkraft FF, sondern auch die
bremsende Reibkraft FR überwinden,
um eine Schwenkbewegung des Pedals 11 zu erzeugen. Bei
dieser Schwenkbewegung führen
die beiden Reibflächen 35, 36 eine
Gleitbewegung relativ zueinander aus. Ebenfalls bewegt sich der
Ferrit 16 bei dieser Schwenkbewegung aus seiner ersten
Position (in der 2 nach oben) in Richtung zu
einer zweite Position. Diese Positionsänderung des Ferrits 16 wird
von der Sensorschaltung der Sensorplatine 30 erkannt und
kann über
die Kontakte 31 ausgegeben werden.
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Es
sei nun angenommen, dass der Fahrer eine Betätigungskraft FB aufbringt,
mit der das Pedal 11 im wesentlichen konstant in der vorgenannten zweiten
Position verbleibt. Die beiden Reibflächen 35, 36 führen damit
keine Gleitbewegung mehr zueinander aus und der Ferrit 16 steht
im wesentlichen still.
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Wird
danach – ausgehend
von der zweiten Position des Ferrits 16 – die Betätigungskraft
FB von dem Fahrer vermindert oder erhöht, so hat die Reibkraft FR
in beiden Fällen
eine bremsende Wirkung. Dies bedeutet bei einer Erhöhung der
Betätigungskraft
FB, dass wieder erst die Federkraft FF und die Reibkraft FR überwunden
werden müssen,
bis das Pedal 11 eine Schwenkbewegung ausführt.
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Eine
Verminderung der Betätigungskraft
FB hat zur Folge, dass das Pedal 11 zuerst noch stehen bleibt,
und dass das Pedal 11 erst dann mit einer Rückschwenkbewegung
beginnt, wenn die Federkraft FF größer wird als die Summe aus
der Betätigungskraft
FB und der Reibkraft FR (FF > FB
+ FR). Die Federkraft FF muss also nicht nur größer sein als die entgegenwirkende
Betätigungskraft
FB, sondern sie muss auch die Reibkraft RB überwinden.
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Beendet
der Fahrer die Betätigung
des Pedals 11 und geht damit die Betätigungskraft FB schnell gegen
Null, so wird das Pedal 11 von der Federkraft FF in die
Ausgangslage der 2 zurückgestellt.
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Die
Reibkraft RB hat somit zur Folge, dass – ausgehend von einer im wesentlichen
konstanten Position des Pedals 11 – eine Verminderung oder Erhöhung der
Betätigungskraft
FB nicht unmittelbar zu einer Schwenkbewegung des Pedals 11 führt. Statt dessen
muss in beiden Fällen
zuerst die Reibkraft RB überwunden
werden, und erst danach setzt die Schwenkbewegung des Pedals 11 ein.
Diese Funktionsweise stellt eine Hysterese dar, wie dies in 6 dargestellt
ist.
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In
der 6 ist die Betätigungskraft
FB über dem
Winkel α aufgetragen.
Der Winkel α stellt
dabei den Position des Pedals 11 dar, wobei die erläuterte erste
Position des Pedals 11 einem Winkel α gleich Null entspricht.
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Aus
der 6 geht hervor, dass beispielsweise bei einem Winkel α1 die Betätigungskraft
FB zwischen den Werten FB1 und FB2 schwanken kann, ohne dass sich
der Winkel α1 ändert. Jegliche Änderungen
der Betätigungskraft
FB in diesem Bereich, die beispielsweise durch unbeabsichtigte Veränderungen
der Betätigung
des Pedals 11 durch einen Fahrer entstehen können, bleiben
also unberücksichtigt.
Der Bereich zwischen den Werten FB1 und FB2 stellt somit eine Hysterese
der Betätigungskraft
FB für
den Winkel α1
dar. Entsprechendes gilt für
jegliche anderen Winkelwerte.
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Wie
erläutert
wurde, ist die Reibkraft FR eine Folge der Federkraft FF der Rückstellfeder 18.
Die Federkraft FF seinerseits ist abhängig von der Position des Pedals 11 und
damit vom Winkel α.
Befindet sich das Pedal 11 in der ersten Position der 2,
so ist die Federkraft FF und damit auch die Reibkraft FR am geringsten.
Befindet sich das Pedal 11 jedoch in einer vom Fahrer betätigten Position,
beispielsweise in der erläuterten
zweiten Position, so ist die Federkraft FF größer als in der ersten Position.
Damit ist auch die Reibkraft FR größer als in der ersten Position.
Die Reibkraft FR wird also mit wachsender Betätigung des Pedals 11 immer
größer. Die
Reibkraft FR ist damit eine Funktion des Winkels α.
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Dies
hat zur Folge, dass bei einer geringen Reibkraft FR die daraus resultierende
Bremswirkung geringer ist als bei einer größeren Reibkraft FR. In der
ersten Position des Pedals 11 und einer damit geringeren
Reibkraft FR reagiert das Pedal 11 somit empfindlicher
auf Veränderungen
der Betätigungskraft
FB als beispielsweise in der zweiten Position. Dies ergibt sich
aus der 6 dadurch, dass beispielsweise
bei einem Winkel α2
die Betätigungskraft FB
zwischen den Werten FB3 und FB4 schwanken kann, ohne dass sich der
Winkel α2 ändert, wobei
der Bereich zwischen den Werten FB3 und FB4 größer ist als der Bereich zwischen
den Werten FB1 und FB2.
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Bei
einem Kraftfahrzeug ist somit eine hohe Empfindlichkeit dann vorhanden,
wenn das Pedal 11 aus seiner ersten Position der 2 vom
Fahrer ausgelenkt wird. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn
der Fahrer das Kraftfahrzeug insbesondere aus dem Leerlauf beschleunigen
will. Eine geringe Empfindlichkeit ist demgegenüber dann vorhanden, wenn der
Fahrer beispielsweise auf der Autobahn eine bestimmte Stellung des
Pedals 11 im wesentlichen beibehalten will.
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Wie
erläutert
wurde, wird die Schwenkachse der Wippe 27 durch einen Steg
oder Vorsprung oder dergleichen festgelegt (Pfeil 32 der 2).
Die Schwenkachse der Wippe 27 kann durch eine Verschiebung
dieses Stegs oder Vorsprungs in Richtung der Längsachse der Wippe 27 verändert werden.
Je weiter die Schwenkachse der Wippe 27 dabei von den Reibflächen 35, 36 entfernt
ist, desto größer ist die
Hebelwirkung der Wippe 27 und desto größer ist die Reibkraft FR bei
einer Betätigung
des Pedals 11. Umgekehrt wird die Reibkraft FR bei einer
Betätigung des
Pedals 11 geringer, je näher die Schwenkachse der Wippe 27 hinsichtlich
der Reibflächen 35, 36 angeordnet
ist.
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Die
Reibkraft FR kann somit durch eine Verschiebung der Schwenkachse
der Wippe 27 in Längsrichtung
derselben verändert
werden. Damit ist eine Einstellung der Reibkraft FR in Abhängigkeit
von der Rückstellfeder 18,
der Wippe 27 und dergleichen möglich.