DE102007060217A1 - Vorrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion eines Fahrpedals - Google Patents

Vorrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion eines Fahrpedals Download PDF

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion eines Fahrpedals (10) für ein Kraftfahrzeug umfasst: - einen vom Fahrer betätigbaren Fahrpedalhebel (12) und - eine Auswertungseinrichtung (24) zum Erkennen einer Fehlfunktion des Fahrpedalhebels (12) in Abhängigkeit von der Auslenkung des Fahrpedalhebels (12) und der vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel ausgeübten Kraft.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion eines Fahrpedals für ein Kraftfahrzeug.
  • Stand der Technik
  • Bei Drive-by-Wire-Kraftfahrzeugen wird die Luftzufuhr für Verbrennungsmotoren durch Drosselklappensteller realisiert, welche über eine MotorSteuereinheit angesteuert werden. Die Drosselklappe ist daher nicht mechanisch mit einem Fahrpedal verbunden. Der Fahrerwunsch für das Motormoment wird stattdessen bei Drive-by-Wire-Systemen über das Fahrpedal erfasst und über Sensoren an die Motor-Steuereinheit weitergeleitet. Die Motor-Steuereinheit berechnet dann den notwendigen Drosselklappenwinkel und steuert oder regelt den Drosselklappensteller entsprechend mittels eines elektromechanischen Stellgebers und zweier redundanter Drosselklappen-Winkelsensoren.
  • Um sicherheitskritische Fehlfunktionen aufgrund von Defekten oder Störungen zu vermeiden, sind bei einem Fahrpedal für ein herkömmliches Drive-by-Wire-System zwei redundante Winkelsensoren und zwei redundante Rückstellfedern vorgesehen. Fehler in der Sensorik können so über eine Plausibi litätsprüfung der Sensorsignale erkannt werden. Beim Bruch einer Rückstellfeder ist eine Rückstellung des Fahrpedals immer noch über die zweite Feder möglich. Eine Schwachstelle dieses Systems ist jedoch, dass ein im betätigten Zustand blockierendes Fahrpedal, das von den Rückstellfedern nicht mehr in seine Ausgangsposition zurückgestellt werden kann, nicht erkannt werden kann. In der Praxis wird dies dadurch kompensiert, dass bei gleichzeitiger Betätigung der Bremse durch den Fahrer das Drehmoment des Verbrennungsmotors verringert wird. Dabei ist dann allerdings der Fahrer ein Teil der Sicherheitsfunktion, da die Fehlfunktion „blockiertes Fahrpedal" nur über die Bremsbetätigung des Fahrers erkannt werden kann.
  • Weiterhin besteht eine Nachfrage nach Fahrpedalen, bei denen die Rückstellkraft in Abhängigkeit der Fahrsituation oder dergleichen variabel eingestellt werden kann, um beispielsweise einen Fahrer über eine erhöhte Rückstellkraft darauf hinzuweisen, dass er den Fuß vom Fahrpedal nehmen sollte, weil ein Auffahrunfall droht. Ein Fahrpedal mit variabler, einstellbarer Rückstellkraft könnte darüber hinaus auch zur Verbesserung des Fahrkomforts an einzelne Fahrsituationen oder an die Vorlieben des Fahrers angepasst werden.
  • Es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrpedal bereitzustellen, das gegenüber herkömmlichen Fahrpedalen eine erhöhte Sicherheit im Erkennen von Fehlfunktionen aufweist.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein aktives Fahrpedal bereitzustellen, bei dem die Rückstellkraft variabel einstellbar ist.
  • Diese Aufgaben werden jeweils durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. Anspruch 9 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 8 bzw. Anspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Zur Lösung der ersten Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion eines Fahrpedals für ein Kraftfahrzeug bereit, umfassend:
    • – einen vom Fahrer betätigbaren Fahrpedalhebel und
    • – eine Auswertungseinrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion des Fahrpedals in Abhängigkeit von der Auslenkung des Fahrpedalhebels und der vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel ausgeübten Kraft.
  • Wenn bei einem Kraftfahrzeug, welches mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion des Fahrpedals ausgestattet ist, während der Fahrt das Fahrpedal im betätigten Zustand blockiert, wird erkannt, dass eine Fehlfunktion vorliegt, da der Fahrer in diesem Fall keine Kraft mehr auf das Fahrpedal ausübt, aber sich das Fahrpedal weiterhin im betätigten Zustand befindet. Somit kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Fehlfunktion, insbesondere ein Blockieren, des Fahrpedals besonders schnell und zuverlässig erkannt werden, da nicht die Reaktionszeit des Fahrers abgewartet werden muss, bis dieser die Bremse betätigt. Die Fehlfunktion wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung schon dann erkannt, wenn die Auslenkung des Fahrpedalhebels nicht mehr mit der vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel ausgeübten Kraft konsistent ist.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann weiterhin ein Motor zum Ausüben einer Kraft auf den Fahrpedalhebel vorgesehen sein, wobei die vom Motor auf den Fahrpedalhebel ausgeübte Kraft insbesondere in Abhängigkeit eines Fahrerprofils, der Fahrsituation, des befahrenen Straßentyps und/oder der Geschwindigkeit einstellbar ist. Mit einem derartigen Motor kann ein aktives Fahrpedal realisiert werden. Hiermit können einerseits zusätzliche Sicherheitsfunktionen bereitgestellt werden, wie beispielsweise eine Erhöhung der Rückstellkraft, um den Fahrer auf Gefahrensituationen hinzuweisen, und andererseits können auch Komfortfunktionen, wie beispielsweise die Anpas sung der Rückstellkraft an die Vorlieben eines individuellen Fahrers oder an bestimmte Fahrsituationen (z. B. Autobahnfahrt, Stadtverkehr, Rangieren, ...) bereitgestellt werden.
  • Die Auswertungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann derart ausgelegt sein, dass sie die Summe der auf den Fahrpedalhebel ausgeübten Kräfte bzw. Momente auswerten kann. Im statischen Fall muss die Summe aller auf den Fahrpedalhebel wirkenden Momente gleich Null sein (Momentengleichgewicht). Ein im betätigten Zustand blockierendes Fahrpedal kann über eine derartige Auswertung zuverlässig erkannt werden, da in diesem Fall die Summe der vom Fahrer, von einem Motor und von einer Rückstellfeder auf den Fahrpedalhebel ausgeübten Momentenkomponenten nicht Null sein wird.
  • Die Auswertungseinrichtung kann bei Erkennen einer Fehlfunktion des Fahrpedals Gegenmaßnahmen einleiten, insbesondere kann sie eine Verringerung des Drehmoments eines Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs anweisen. Hierdurch kann verhindert werden, dass das Kraftfahrzeug beispielsweise bei blockierendem Fahrpedal beschleunigt, obwohl der Fahrer durch die Freigabe des Fahrpedalhebels signalisiert hat, dass er eine Verringerung des Antriebsmotor-Drehmoments wünscht.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein Kraftsensor zum Erfassen der Kraft, die der Fahrer auf den Fahrpedalhebel ausübt, vorgesehen sein. Dieser Kraftsensor kann insbesondere einen Dehnmessstreifen umfassen. Dadurch ist eine besonders einfache und robuste Erfassung der vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel ausgeübten Kraft ermöglicht.
  • Weiterhin kann eine Motorstrom-Messeinrichtung und/oder ein separater Kraft- oder Momentsensor zum Erfassen der vom Motor auf den Fahrpedalhebel ausgeübten Kraft vorgesehen sein, um die vom Motor auf den Fahrpedalhebel ausgeübte Kraft besonders einfach und zuverlässig zu erfassen.
  • Weiterhin kann ein Winkelsensor zur Erfassung der Auslenkung des Fahrpedalhebels vorgesehen sein, insbesondere ein mit einem Motor zum Ausüben einer Kraft auf den Fahrpedalhebel integrierter Winkelsensor. Wenn beispielsweise ein elektrisch kommutierter Motor zum Ausüben einer Kraft auf den Fahrpedalhebel verwendet wird, kann der Winkelsensor für die Kommutierung auch zur Messung des Winkels des Fahrpedalhebels (der Fahrpedalstellung) genutzt werden.
  • Die vorliegende Erfindung stellt zur Lösung der ersten Aufgabe auch ein Verfahren zum Erkennen einer Fehlfunktion eines Fahrpedals für ein Kraftfahrzeug bereit, umfassend:
    • – Erfassen einer vom Fahrer auf einen Fahrpedalhebel ausgeübten Kraft und
    • – Auswerten der Auslenkung des Fahrpedalhebels und der vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel ausgeübten Kraft zum Erkennen einer Fehlfunktion des Fahrpedals.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann somit eine Fehlfunktion des Fahrpedals, wie beispielsweise ein blockierendes Fahrpedal, erkannt werden, wenn die Auslenkung des Fahrpedalhebels nicht konsistent mit der vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel ausgeübten Kraft ist. Das erfindungsgemäße Verfahren erkennt die Fehlfunktion hierbei unabhängig vom Verhalten des Fahrer aus einer Überprüfung, ob die Auslenkung des Fahrpedalhebels konsistent mit der vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel ausgeübten Kraft ist.
  • Weiterhin kann ein Motor zum Ausüben einer Kraft auf den Fahrpedalhebel vorgesehen sein, wobei die vom Motor auf den Fahrpedalhebel ausgeübte Kraft insbesondere in Abhängigkeit eines Fahrerprofils, der Fahrsituation, des befahrenen Straßentyps und/oder der Geschwindigkeit eingestellt werden kann. Mit einem derartigen Motor kann ein aktives Fahrpedal realisiert werden, wobei zusätzliche Sicherheitsfunktionen oder Komfortfunktionen, wie oben beschrieben, realisiert werden können. Aufgrund der erfindungsgemäßen Auswertung der Auslenkung des Fahrpedalhebels und der vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel ausgeübten Kraft kann auch bei einem derartigen aktiven Fahrpedal sichergestellt werden, dass eine sicherheitskritische Fehlfunktion des Motors, wenn z. B. der Motor den Fahrpedalhebel ungewollt in die Betätigungsrichtung bewegt, erkannt wird.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Summe der auf den Fahrpedalhebel ausgeübten Kräfte bzw. Momente ausgewertet werden. Eine Fehlfunktion, wie beispielsweise ein blockierendes Fahrpedal oder ein Bruch einer Rückstellfeder des Fahrpedals, kann besonders zuverlässig erkannt werden, wenn die Summe der vom Fahrer, von einer Rückstellfeder und von einem Motor auf den Fahrpedalhebel ausgeübten Kräfte bzw. Momente berechnet wird und überprüft wird, ob diese im statischen Fall gleich Null und im dynamischen Fall proportional zur Winkelbeschleunigung des Fahrpedalhebels ist.
  • Weiterhin können bei Erkennen einer Fehlfunktion des Fahrpedals Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, insbesondere kann eine Verringerung des Drehmoments eines Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs angewiesen werden. Hierdurch kann verhindert werden, dass das Kraftfahrzeug bei blockierendem Fahrpedal beschleunigt, obwohl der Fahrer durch die Freigabe des Fahrpedalhebels seinen Wunsch für eine Verringerung eines Antriebsmotor-Drehmoments signalisiert hat.
  • Zur Lösung der weiteren Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung weiterhin eine Vorrichtung zum Einstellen einer Rückstellkraft eines Fahrpedals bereit, umfassend:
    • – einen vom Fahrer betätigbaren Fahrpedalhebel,
    • – einen Kraftsensor zum Erfassen einer vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel ausgeübten Kraft,
    • – eine Vorrichtung zum Ausüben einer einstellbaren Kraft auf den Fahrpedalhebel und
    • – eine Steuer-/Regeleinrichtung zum Steuern/Regeln der von der Vorrichtung auf den Fahrpedalhebel ausgeübten Kraft in Abhängigkeit von der vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel ausgeübten Kraft und insbesondere in Abhängigkeit von der Auslenkung des Fahrpedalhebels.
  • Bei einem derartigen aktiven Fahrpedal kann die Vorrichtung zum Ausüben einer einstellbaren Kraft auf den Fahrpedalhebel beispielsweise als ein Motor ausgeführt sein, und die vom Fahrer am Fahrpedalhebel wahrgenommene Rückstellkraft kann durch entsprechende Regelung des Motors genau auf die vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel ausgeübte Kraft abgestimmt werden. Hierdurch kann gegenüber herkömmlichen aktiven Fahrpedalen, bei denen die vom Motor auf den Fahrpedalhebel ausgeübte Kraft lediglich in Abhängigkeit der Auslenkung des Fahrpedalhebels und/oder bestimmter Fahrsituationen eingestellt wird, eine genauere Anpassung der Rückstellkraft des Fahrpedalhebels an das Verhalten und die Vorlieben des Fahrers erreicht werden.
  • Ein derartiges aktives Fahrpedal kann selbstverständlich auch zusammen mit der voranstehend erläuterten Vorrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion des Fahrpedals verwendet werden.
  • Die vorliegende Erfindung stellt zur Lösung der weiteren Aufgabe auch ein Verfahren zum Einstellen einer Rückstellkraft eines Fahrpedals bereit, umfassend:
    • – Erfassen einer vom Fahrer auf einen Fahrpedalhebel ausgeübten Kraft,
    • – Bereitstellen einer Vorrichtung zum Ausüben einer einstellbaren Kraft auf den Fahrpedalhebel und
    • – Steuern/Regeln der von der Vorrichtung auf den Fahrpedalhebel ausgeübten Kraft in Abhängigkeit von der vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel ausgeübten Kraft und insbesondere in Abhängigkeit von der Auslenkung des Fahrpedalhebels.
  • Wenn die Kraft, die beispielsweise ein Motor auf den Fahrpedalhebel ausübt, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren somit entsprechend der vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel ausgeübten Kraft geregelt wird, können neben einer besonders genauen Anpassung der Rückstell-Eigenschaften des Fahrpedalhebels an die individuellen Vorlieben eines Fahrers auch vielfältige Sicherheitsfunktionen, wie beispielsweise die Erhöhung einer Rückstellkraft in Abhängigkeit von bestimmten Betriebszuständen oder Fahrsituationen, realisiert werden.
  • Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Einstellen der Rückstellkraft des Fahrpedals auch mit dem voranstehend beschriebenen Verfahren zum Erkennen einer Fehlfunktion des Fahrpedals kombiniert werden.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrpedals.
  • 2 zeigt ein schematisches Diagramm des Fahrpedals aus 1 zusammen mit den zugeordneten Sensoren und einer Auswertungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist ein Graph zur Erläuterung der aufgrund der Reibung auftretenden Hysterese bei der Bewegung des Fahrpedals.
  • 4 zeigt ein schematisches Diagramm des Fahrpedals aus 1 zusammen mit den zugeordneten Sensoren und einer Steuer-/Regel einrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Wie aus 1 ersichtlich, umfasst ein erfindungsgemäßes Fahrpedal 10 einen Fahrpedalhebel 12, auf den der Fahrer eine Kraft FFuß ausüben kann, eine Rückstellfeder 14, welche eine Kraft FRückstellfeder auf den Fahrpedalhebel 12 ausübt, die der durch den Fahrer ausgeübten Kraft FFuß entgegengesetzt ist, und einen Motor 16, welcher ein Moment MMotor in beliebiger Richtung auf den Fahrpedalhebel 12 ausüben kann. Der Motor 16 kann hierbei direkt mit dem Fahrpedalhebel 12 gekoppelt sein, so dass das Drehmoment des Motors auf den Pedalhebelarm übertragen wird. Dies kann durch eine direkte Anbindung der Motorwelle an die Pedalhebelachse geschehen oder indirekt durch ein Getriebe.
  • Wie aus 2 ersichtlich, ist ein erster Kraftsensor 18 vorgesehen, um die vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel 12 ausgeübte Kraft FFuß zu ermitteln. Der erste Kraftsensor 18 kann beispielsweise als ein auf den Fahrpedalhebel aufgebrachter Dehnmessstreifen ausgeführt sein.
  • Ein zweiter Kraftsensor 20 erfasst das vom Motor 16 auf den Fahrpedalhebel 12 ausgeübte Moment MMotor. Der zweite Kraftsensor 20 kann einen Stromsensor 20 zur Erfassung des Motorstroms umfassen, oder kann als ein separater Sensor zur direkten Erfassung des vom Motor 16 auf den Fahrpedalhebel 12 ausgeübten Moments MMotor ausgebildet sein.
  • Ein Winkelsensor zum Erfassen der Auslenkung des Fahrpedalhebels 12 kann entweder als ein separater Sensor 22a vorgesehen sein oder kann mit dem Motor 16 integriert sein. Wenn der Motor 16 ein elektrisch kommutierter Motor (EC-Motor) ist, kann der Winkelsensor 22b für die Kommutierung des Motors auch zur Messung der Auslenkung des Fahrpedalhebels verwendet werden. Um eine besonders zuverlässige Erfassung der sicherheitskritischen Auslenkung des Fahrpedalhebels 12 zu gewährleisten, können auch ein separater Winkelsensor 22a und der Winkelsensor 22b des EC-Motors 16 parallel verwendet werden.
  • Die Kraft FRückstellfeder, die von der Rückstellfeder 14 auf den Fahrpedalhebel 12 ausgeübt wird, kann aus der Auslenkung des Fahrpedalhebels 12 und der Federkennlinie der Rückstellfeder 14 ermittelt werden.
  • Die Auswertungseinrichtung 24 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Mikrocontroller 24, der die Daten der Kraft- und Winkelsensoren 18, 20, 22a und 22b einliest und den Motor 16 ansteuert und Fehlfunktionen des Fahrpedals und/oder des Motors 16 erkennt. Außerdem gibt der Mikrocontroller 24 über ein Antriebsmotor-Anweisungsmodul 28 Anweisungen zur Einstellung des Drehmoments eines Antriebsmotors (nicht gezeigt) des Kraftfahrzeugs aus. Hierbei wird grundsätzlich ein Wunschmoment vom Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs angefordert, das der mittels der Winkelsensoren 22a und 22b erfassten Fahrpedalstellung entspricht.
  • Das kann aber bei einem im betätigten Zustand blockierenden Fahrpedalhebel 12 oder bei einer Fehlfunktion des Motors 16, wenn dieser den Fahrpedalhebel 12 vom Fahrer ungewollt in Betätigungsrichtung bewegt, dazu führen, dass das Kraftfahrzeug unerwartet beschleunigt. Um derartige sicherheitskritische Fehlfunktionen zuverlässig zu erkennen, bestimmt der Mikrocontroller 24 zunächst in einem Signalauswahlmodul 26 aus den Signalen der beiden Winkelsensoren 22a, 22b die Auslenkung des Fahrpedalhebels 12. Die Auslenkung wird dann in einem Plausibilitätsprüfungsmodul 30 einer Plausibilitätsprüfung unterzogen.
  • Im einfachsten Fall umfasst diese Plausibilitätsprüfung lediglich einen Vergleich der vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel 12 ausgeübten Kraft FFuß mit der Auslenkung des Fahrpedalhebels 12 gemäß einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Auslenkung des Fahrpedalhebels 12 in Abhängigkeit von FFuß. Wenn hierbei eine mit der Kraft FFuß nicht plausible Auslenkung des Fahrpedalhebels 12 erkannt wird, wird bestimmt, dass eine Fehlfunktion vorliegt und es werden durch ein Fehlfunktionsmodul 32 geeignete Gegenmaßnahmen, wie beispielsweise eine starke Verringerung des Antriebsmotor-Drehmoments, eingeleitet.
  • Weiterhin kann noch eine zusätzliche Plausibilitätsprüfung unter Berücksichtigung aller an dem Fahrpedalhebel 12 anliegenden Momentenkomponenten durchgeführt werden. Hierbei werden zunächst die Kräfte FFuß und FRückstellfeder jeweils in Momentenkomponenten (Kraft·Abstand zum Drehpunkt) umgerechnet und somit die Momentenkomponenten MFuß und MRückstellfeder bestimmt. Das vom Motor 16 auf den Fahrpedalhebel 12 ausgeübte Moment MMotor wird über eine Messung des Motorstroms bestimmt. Weiterhin kann noch eine durch Reibung bedingte Momentenkomponente MReibung bestimmt werden, wie nachfolgend in Zusammenhang mit 3 erläutert.
  • Im statischen Fall müssen sich die einzelnen Momentenkomponenten insgesamt wieder aufheben: MFuß + MRückstellfeder + MMotor = 0.
  • Im dynamischen Fall muss die Summe aller Momentenkomponenten proportional zur Winkelbeschleunigung des Fahrpedalhebels sein: MFuß + MRückstellfeder + MMotor + MReibung = Trägheitsmoment·Drehbeschleunigung.
  • Durch die Überprüfung dieser Summen kann ein im betätigten Zustand blockierender Fahrpedalhebel 12 erkannt werden, da dann im statischen Fall die Summe der einzelnen Momentenkomponenten nicht Null ist. Weiterhin kann beispielsweise ein Bruch der Rückstellfeder 14 erkannt werden, wenn im dy namischen Fall eine Rückstellbewegung des Fahrpedalhebels langsamer erfolgt, als dies aus der Summe der Momentenkomponenten zu erwarten wäre.
  • Die Überprüfung der Summe aller Momentenkomponenten reicht allerdings als einzige Plausibilitätsprüfung nicht aus, da eine Fehlfunktion des Motors 16, wobei der Motor 16 den Fahrpedalhebel 12 ungewollt in den betätigten Zustand bewegt, obwohl der Fahrer keine Kraft auf den Fahrpedalhebel 12 ausübt, hiermit nicht erkannt werden kann. Hierbei würden sich für den statischen Fall die Momentenkomponenten des Motors MMotor und der Rückstellfeder MRückstellfeder gegenseitig aufheben. Der Fahrer würde zum Beenden einer derartigen unerwarteten Beschleunigung des Kraftfahrzeugs seinen Fuß vom Fahrpedal nehmen, so dass die Momentenkomponente MFuß des Fahrers ebenfalls Null wäre. Daher wäre trotz Vorliegen einer Fehlfunktion die Summe aller Momentenkomponenten Null, wenn der Motor 16 aufgrund einer Fehlfunktion den Fahrpedalhebel 12 selbsttätig im betätigten Zustand hält. Daher muss die Plausibilitätsprüfung immer auch eine Auswertung der Auslenkung des Fahrpedalhebels 12 in Abhängigkeit von der vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel 12 ausgeübten Kraft FFuß umfassen, um auch Fehlfunktionen des Motors 16 zuverlässig erkennen zu können.
  • 3 zeigt den Einfluss von Reibungskräften auf die Kraft-Weg-Kennlinie des Fahrpedalhebels 12. Da die Reibungskraft immer der Bewegung entgegenwirkt, erhöht sich die Rückstellkraft, wenn der Fahrpedalhebel 12 in Betätigungsrichtung ausgelenkt wird, und die Rückstellkraft verringert sich, wenn der Fahrpedalhebel 12 in seine Ausgangsposition zurückkehrt. Das führt dazu, dass sich im Kraft-Weg-Diagramm eine Hysterese ergibt, aus der die Größe der Reibungskraft ermittelt werden kann.
  • Für jede spezifische Auslenkung ergibt sich dabei die Reibungskraft aus der Hälfte der Differenz der Kraft der ansteigenden Kennlinie und der Kraft der fallenden Kennlinie: Reibungskraft = ½·(Kraft(oben) – Kraft(unten)).
  • Aus der so bestimmten Reibungskraft kann dann eine Momentenkomponente MReibung bestimmt werden. Das Reibungsmoment kann für eine Plausibilitätsprüfung der auf das Fahrpedal wirkenden Momente verwendet werden, wie voranstehend beschrieben.
  • Über den Motor 16 lässt sich die Hysterese des Fahrpedalhebels 12 aber auch individuell einstellen, um somit die Rücksteil-Eigenschaften des Fahrpedalhebels 12 optimal an die Vorlieben des Fahrers oder an bestimmte Fahrsituationen anpassen zu können.
  • Weiterhin führt der Mikrocontroller 24 in einem Motorsteuerungsmodul 34 die Ansteuerung des Motors 16 durch. Der Motor 16 kann hierbei als elektrische Rückstellfeder eingesetzt werden, wobei die Rückstellkraft abhängig von der Auslenkung des Fahrpedalhebels 12 und von einer im Motorsteuerungsmodul 34 eingestellten Kraft-Weg-Kennlinie erzeugt wird. Dadurch sind nichtlineare Rückstell-Kennlinien des Fahrpedalhebels 12 einstellbar oder die Härte des Fahrpedalhebels 12 kann individuell auf den Fahrer oder auf bestimmte Fahrsituationen eingestellt werden.
  • In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die unter Bezugnahme auf 4 erläutert wird, ist ein Mikrocontroller 124 als eine Steuer-/Regeleinrichtung 124 zum Steuern/Regeln der vom Motor 16 auf den Fahrpedalhebel 12 ausgeübten Kraft in Abhängigkeit von der vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel 12 ausgeübten Kraft FFuß vorgesehen. Der Aufbau des Fahrpedals 10, des Motors 16 und der Sensoren 18, 20, 22a, 22b ist für beide Ausführungsformen identisch.
  • Der Motor 16 wird bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung zur Realisierung eines aktiven Fahrpedals eingesetzt, wobei ein Motorreglermodul 134 die vom Motor 16 auf den Fahrpedalhebel 12 ausgeübte Kraft in Abhängigkeit von der vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel 12 ausgeübten Kraft FFuß regelt. Hierbei kann zusätzlich die Auslenkung des Fahrpedalhebels 12 berücksichtigt werden.
  • Durch eine derartige Regelung der vom Motor 16 auf den Fahrpedalhebel 12 ausgeübten Kraft können vielfältige Sicherheitsfunktionen realisiert werden. Beispielsweise kann die Rückstellkraft um 25 N erhöht werden, um den Fahrer darauf hinzuweisen, dass er den Fuß vom Fahrpedalhebel 12 nehmen sollte, weil sonst ein Auffahrunfall droht, wenn festgestellt wird, dass der Fahrer trotz drohendem Auffahrunfall weiterhin mit unveränderter Kraft FFuß den Fahrpedalhebel 12 betätigt. Außerdem kann bei einer ruckartigen Betätigung des Fahrpedalhebels 12 durch den Fahrer die resultierende Auslenkung des Fahrpedalhebels 12 durch eine kurzzeitige Erhöhung der vom Motor 16 erzeugten Rückstellkraft geglättet werden, um eine abrupte Beschleunigungsspitze des Kraftfahrzeugs zu vermeiden.
  • In Abhängigkeit von der Genauigkeit des ersten Kraftsensors 18 kann somit bei dem aktiven Fahrpedal gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die vom Motor 16 auf den Fahrpedalhebel 12 ausgeübte Kraft jeweils an die vom Fahrer ausgeübte Kraft FFuß angepasst werden, so dass eine schnelle und präzise Rückkopplung der Rückstellkraft des Fahrpedalhebels in Abhängigkeit des Verhaltens des Fahrers erreicht werden kann.
  • Auch bei der zweiten Ausführungsform kann mit einem Plausibilitätsprüfungsmodul 130 und einem Fehlfunktionsmodul 132 des Mikrocontrollers 124 das in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebene Verfahren zum Erkennen von Fehlfunktionen des Fahrpedals 10 durchgeführt werden.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion eines Fahrpedals (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend: – einen vom Fahrer betätigbaren Fahrpedalhebel (12) und – eine Auswertungseinrichtung (24) zum Erkennen einer Fehlfunktion des Fahrpedals (10) in Abhängigkeit von der Auslenkung des Fahrpedalhebels (12) und der vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel ausgeübten Kraft (FFuß).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motor (16) zum Ausüben einer Kraft auf den Fahrpedalhebel (12) vorgesehen ist, wobei die vom Motor (16) auf den Fahrpedalhebel (12) ausgeübte Kraft insbesondere in Abhängigkeit eines Fahrerprofils, der Fahrsituation, des befahrenen Straßentyps und/oder der Geschwindigkeit einstellbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (24) derart ausgelegt ist, dass sie die Summe der auf den Fahrpedalhebel (12) ausgeübten Kräfte bzw. Momente auswerten kann.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (24) bei Erkennen einer Fehlfunktion des Fahrpedals (10) Gegenmaßnahmen einleiten kann, insbesondere eine Verringerung des Drehmoments eines Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs anweisen kann.
  5. Verfahren zum Erkennen einer Fehlfunktion eines Fahrpedals (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend: – Erfassen einer vom Fahrer auf einen Fahrpedalhebel (12) ausgeübten Kraft (FFuß) und – Auswerten der Auslenkung des Fahrpedalhebels (12) und der vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel (12) ausgeübten Kraft (FFuß) zum Erkennen einer Fehlfunktion des Fahrpedals (10).
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motor (16) zum Ausüben einer Kraft auf den Fahrpedalhebel (12) vorgesehen ist, wobei die vom Motor (16) auf den Fahrpedalhebel (12) ausgeübte Kraft insbesondere in Abhängigkeit eines Fahrerprofils, der Fahrsituation, des befahrenen Straßentyps und/oder der Geschwindigkeit eingestellt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der auf den Fahrpedalhebel (12) ausgeübten Kräfte bzw. Momente ausgewertet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen einer Fehlfunktion des Fahrpedals (10) Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, insbesondere eine Verringerung des Drehmoments eines Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs angewiesen wird.
  9. Vorrichtung zum Einstellen einer Rückstellkraft eines Fahrpedals (10), umfassend: – einen vom Fahrer betätigbaren Fahrpedalhebel (12), – einen Kraftsensor (18) zum Erfassen einer vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel (12) ausgeübten Kraft (FFuß), – eine Vorrichtung (16) zum Ausüben einer einstellbaren Kraft auf den Fahrpedalhebel (12) und – eine Steuer-/Regeleinrichtung (124) zum Steuern/Regeln der von der Vorrichtung (16) auf den Fahrpedalhebel (12) ausgeübten Kraft in Abhängigkeit von der vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel (12) ausgeübten Kraft (FFuß) und insbesondere in Abhängigkeit von der Auslenkung des Fahrpedalhebels (12).
  10. Verfahren zum Einstellen einer Rückstellkraft eines Fahrpedals (10), umfassend: – Erfassen einer vom Fahrer auf einen Fahrpedalhebel (12) ausgeübten Kraft (FFuß), – Bereitstellen einer Vorrichtung (16) zum Ausüben einer einstellbaren Kraft auf den Fahrpedalhebel (12) und – Steuern/Regeln der von der Vorrichtung (16) auf den Fahrpedalhebel (12) ausgeübten Kraft in Abhängigkeit von der vom Fahrer auf den Fahrpedalhebel (12) ausgeübten Kraft (FFuß) und insbesondere in Abhängigkeit von der Auslenkung des Fahrpedalhebels (12).
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