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Die Erfindung betrifft ein Fahrpedal gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Solche Fahrpedale werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um von einem Fahrer durch Bedienen des Fahrpedals erzeugte Steuerbefehle an eine entsprechende Fahrzeugsteuerung zu übermitteln. Hierfür wird die Stellung einer Bedienplatte des Fahrpedals von einem Sensor ermittelt und als Signal an die Fahrzeugsteuerung übertragen. Hierbei sind sogenannte stehende Pedale, bei denen die Bedienplatte in eingebautem Zustand oberhalb einer Drehachse angeordnet ist, und sogenannte hängende Pedale bekannt, bei denen sich die Drehachse in einem zugeordneten Gehäuse befindet.
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Aus der
DE 10 2008 003 296 A1 ist ein hängendes Pedal bekannt, bei dem ein Pedalhebel, der eine Bedienfläche aufweist, drehbar in einem Gehäuse gelagert ist. Das Gehäuse ist zweiteilig aus einer Schale und einem Deckel gebildet, wobei der Deckel als Lagerbock für den Pedalhebel ausgebildet und an der Schale befestigt ist. Hierdurch sind auf einfache Weise gewünschte Hystereseeigenschaften des Pedals erzeugbar.
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Bei Automatikfahrzeugen sind sogenannte Kickdown-Funktionen bekannt. Das Erreichen dieser Kickdown-Funktionen wird einem Fahrer haptisch über das Fahrpedal mittels eines Kraftsprungs angezeigt. Dieser Kraftsprung wird meistens mechanisch erzeugt und wirkt ausschließlich bei einer definierten Stellung der Bedienplatte.
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Es ist aber auch wünschenswert, dem Fahrer in Abhängigkeit von der Fahr- und/oder Verkehrssituation haptische Signale über das Fahrpedal zu übermitteln, um die Fahrsicherheit zu erhöhen oder den Kraftstoffverbrauch positiv zu beeinflussen. Hierfür sind bereits Systeme bekannt.
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Die
DE 20 2004 004 454 U1 beschreibt ein Fahrpedal, bei dem ein Lineartorquemotor zur Beeinflussung der Bewegbarkeit einer Bedienplatte während des Bedienens angeordnet ist, also zumindest auch zur Übermittlung haptischer Signale. Hierdurch soll eine Bedienbarkeit des Fahrpedals besonders genau und kultiviert gestaltet werden. Der Lineartorquemotor weist mehrere Nachteile auf. Er erfordert relativ hohe Ströme, um ausreichende Kräfte bereitzustellen. Diese hohen Ströme bewirken eine schnelle, starke Erwärmung des Fahrpedals, so dass ein längerer Betrieb, wie er z. B. beim Überholen mehrerer Fahrzeuge auftreten kann, zu Problemen eines angeschlossenen Sensors führen kann. Wenn alle Kräfte des Pedals einschließlich der Rückstellkräfte für eine Ausgangsposition nur durch den Lineartorquemotor aufgebracht werden, kann dies zu einem „Hängenbleiben” des Pedals und somit zu ungewünschten Betriebszuständen des Fahrzeugs führen. Daher ist diese Antriebsart des Fahrpedals als sicherheitsrelevant einzustufen und entsprechend aufwändig zu konstruieren. Weiterhin ist ein Lineartorquemotor relativ schwer, raumgreifend und teuer.
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Die
DE 102 50 456 A1 offenbart ein Fahrpedal, dem z. B. ein Elektromotor mit einem Getriebe zugeordnet ist. Die hier vorgestellten Vorrichtungen zum Erzeugen eines Kraftsprungs sind mechanisch sehr aufwändig und raumgreifend.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrpedal zu schaffen, bei dem an einen Fahrer mit einfachen Mitteln haptische Signale bei unterschiedlichen Positionen einer Bedienplatte gegeben werden können.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dem Antrieb ist ein vorgespannter Anschlag zugeordnet, der in vorbestimmten Bedienstellungen auf die Bedienplatte wirkt, wobei die Bedienstellungen mittels des Antriebs einstellbar sind. Anschlag bedeutet hier ein Mittel, das einen Widerstand gegen eine Bedienkraft bewirkt. Der Anschlag ist z. B. ein Hebelarm oder ein Teleskoprohr.
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Durch den vorgespannten Anschlag ist eine zusätzliche Kraft auf die Bedienplatte aufbringbar, die einer vom Bediener ausgeübten Kraft entgegenwirkt. Ein weiteres Durchtreten der Bedienplatte wird so erheblich erschwert, wodurch dem Bediener ein haptischer Hinweis auf eine besondere Situation gegeben wird. Trotzdem ist das Fahrpedal über das haptische Signal hinaus gegen die Vorspannkraft weiter bedienbar, also funktionsfähig, so dass der Bediener die letzte Kontrolle über Beschleunigungsvorgänge behält. Auf diese Weise können z. B. Überholvorgänge mit der maximal möglichen Beschleunigung durchgeführt werden, auch wenn vom Fahrzeugsystem andere Vorgaben gemacht werden.
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Bei welcher Stellung der Bedienplatte das haptische Signal wirksam sein soll, wird von dem Fahrzeugsystem aufgrund von z. B. Fahrgeschwindigkeit, Wetter und Verkehrsituation ermittelt und als elektrisches Signal auf eine Ansteuerung des elektrischen Antriebs geschaltet. Dieser fährt den vorgespannten Hebel in eine entsprechende Stellung. Hierfür ist nur eine kleine Antriebskraft erforderlich, so dass der Antrieb entsprechend klein dimensioniert sein kann.
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Insgesamt sind die Mittel zum Erzeugen des haptischen Signals einfach aufgebaut und können preiswert hergestellt werden. Sie können außen an dem Gehäuse des Fahrpedals befestigt werden, so dass auch eine einfache Nachrüstung von Fahrpedalen, die bereits entwickelt und/oder gefertigt sind, ermöglicht ist. Die Mittel müssen nur in den vorbestimmten Situationen aktiv sein, so dass kein Dauerbetrieb erfolgt; hierdurch ist ein nur niedriger Stromverbrauch mit entsprechender geringer Erwärmung und ein geringer Verschleiß gegeben.
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Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst der Antrieb einen Gleichstrommotor und ein Getriebe. Hierfür genügt ein einfacher, klein dimensionierter Elektromotor, der auf dem Markt preiswert erhältlich ist und nur sehr wenig Platz beansprucht. Das Getriebe untersetzt die relativ hohe Umdrehungszahl dieses Elektromotors.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Getriebe ein Stirnradgetriebe. Dieses beansprucht wegen der geringern Kräfte wenig Bauraum und kann mehrstufig ausgebildet sein.
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Für hängende Pedale ist die Erfindung besonders gut geeignet; eine Nachrüstung bestehender Fahrpedal-Typen ist besonders einfach.
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In einer weiteren Ausführung wirkt der Anschlag entfernt von einer Drehachse der Bedienplatte auf diese. Hierdurch ergibt sich eine günstige Wirkung der Kraft des vorgespannten Anschlags auf die Bedienplatte.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine Draufsicht auf ein Fahrpedal und
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2 eine Seitenansicht auf das Fahrpedal gemäß 1.
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Das Beispiel betrifft ein hängendes Pedal.
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Wie aus den 1 und 2 ersichtlich umfasst ein Fahrpedal ein Gehäuse 1, in dem eine von außen nicht sichtbare und daher nicht dargestellte Leiterplatte mit einer Sensorelektronik befestigt ist. Diese wirkt mit einem Drehgeber zusammen. Die Leiterplatte ist elektrisch mit einer an einer Außenseite des Gehäuses 1 befestigten Steckbuchse 2 verbunden, wobei diese Außenseite bei einem Einbau in ein Fahrzeug oben ist. In dem Gehäuse 1 ist eine Bedienplatte 3 drehbar gelagert, wobei diese über einen Pedalarm 3a aus dem Gehäuse 1 von der Steckbuchse 2 weg, also nach unten herausragt. In einem Bereich der Drehachse der Bedienplatte 3 und des Pedalarms 3a ist der Drehgeber so befestigt, dass Drehbewegungen exakt erfassbar sind. Die Leiterplatte und der Drehgeber bilden zusammen mit einer Auswertevorrichtung die elektronischen Bauteile zum Bestimmen einer relativen Lage der Bedienplatte 3.
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Das Fahrpedal weist Mittel zum elastischen Rückstellen der Bedienplatte 3 auf. Hierfür ist in dem Gehäuse 1 zwischen diesem und dem Pedalarm 3a mindestens eine Schraubenfeder so eingespannt, dass die Bedienplatte 3 während einer Betätigung durch einen Benutzer einen Gegendruck ausübt und in nicht betätigtem Zustand eine vorbestimmte Ausgangsstellung einnimmt. Diese Ausgangsstellung und eine Vollgasposition sind durch entsprechende Begrenzungen festgelegt.
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Weiterhin umfasst das Fahrpedal Mittel zum Erzeugen einer vorbestimmten Hysterese beim Bedienen der Bedienplatte. Diese Mittel weisen Reibelemente auf, die an der Lagerstelle des Pedalarms 3a in dem Gehäuse 1 zwischen diesen wirken und beim Bedienen vorbestimmte Reibwerte erzeugen.
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Insoweit entspricht das Fahrpedal allgemein bekannten und üblicherweise verwendeten Fahrpedalen, wie sie z. B. in der
DE 10 2008 003 296 A1 beschrieben sind. Der Offenbarungsgehalt dieser Schrift wird explizit für diese Anmeldung aufgenommen. Im Folgenden wird die Neuerung entsprechend der Erfindung beschrieben:
An dem Gehäuse
1 sind außen ein Motor
4 und ein Getriebe
5 unverrückbar befestigt.
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Der Motor 4 ist ein handelsüblicher Gleichstrommotor geringer Leistung und ist entsprechend Programmvorgaben ansteuerbar. Der Motor 4 ist an einer Oberseite des Gehäuses 1 so angeordnet, dass die Motorwelle parallel zu und – von der Bedienplatte 3 gesehen hinter der Drehachse der Bedienplatte 3, aber vor der Steckbuchse 2 verläuft. Als Oberseite des Gehäuses 1 ist die Seite definiert, die in etwa in die selbe Richtung weist wie eine Bedienoberfläche der Bedienplatte 3. Ein Abtrieb des Motors 4 ist an einen Antrieb des Getriebes 5 angeschlossen, z. B. mittels eines entsprechenden Zahnrads, das auf einer Welle des Motors 4 drehfest befestigt ist. Der Motor 4 ist über die Leiterplatte elektrisch angeschlossen.
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Das Getriebe 5 ist ein Stirnradgetriebe, das die von einem Antrieb des Motors 4 kommende Drehzahl untersetzt. Eine Verkleidung des Getriebes 5 weist eine in der Draufsicht schmale und in der Seitenansicht in etwa dreieckförmige Gestalt auf. Die Verkleidung des Getriebes 5 schmiegt sich weitgehend eng an eine Längsseite des Gehäuses 1 an und stützt sich gegen dieses ab, so dass auf die Verkleidung einwirkende Kräfte sicher von dem Gehäuse 1 abgefangen und getragen werden. Zahnräder und die Verkleidung des Getriebes 5 sind rechtwinklig zu der Motorwelle angeordnet. Ein Abtrieb des Getriebes 5 befindet sich an einem dem Antrieb abgewandten Ende der Verkleidung.
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An dem Abtrieb des Getriebes 5 ist ein erstes Ende eines Anschlags 6 – hier eines Hebelarms – befestigt, der sich in einer Ruhestellung in etwa parallel zu einer Unterseite des Gehäuses 1 von der Steckbuchse 2 weg erstreckt. An einem zweiten Ende des Anschlags 6 ist eine Rolle 7 drehbar befestigt, die rechtwinklig in Richtung des Pedalarms 3a weist. Eine Länge des Anschlags 6 ist so gewählt, dass die Rolle 7 in einer Betriebsstellung des Anschlags 6 einen günstigen Angriff auf den Pedalarm 3a bewirkt. Die Rolle 7 erstreckt sich hierbei mindestens bis zu einer von dem Anschlag 6 abgewandten Längsseite des Pedalarms 3a, bevorzugt über diese hinaus. Der Anschlag 6 ist mittels einer Feder elastisch vorgespannt an dem Abtrieb des Getriebes 5 drehbar befestigt. Hierbei ist der Anschlag 6 durch die Feder in Richtung der Oberseite des Gehäuses 1 gedrückt und durch einen Anschlag in einer veränderbaren vorbestimmten Stellung gehalten. Die Federkraft wirkt also derart, dass die Rolle 7 über den Anschlag 6 in Richtung des Pedalarms 3a vorgespannt ist. Die Feder ist z. B. eine Schenkelfeder, die zwischen dem Abtrieb des Getriebes 5 und dem Anschlag 6 eingespannt ist. Der Anschlag 6 ist also an dem Abtrieb des Getriebes 5 gegen die Vorspannung der Feder drehbar befestigt. Die Vorspannung ist zwischen dem Anschlag 6 und dem Abtrieb des Getriebes 5 erzeugt, so dass sie unabhängig von einer Stellung dieses Abtriebs ist. Eine Lagerung des Abtriebs des Getriebes 5 in der Verkleidung ist so robust ausgeführt, dass alle aus dem Anschlag 6 eingetragenen Kräfte sicher aufgefangen und in das Gehäuse 1 abgeleitet werden können.
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In der Verkleidung ist außer Getrieberädern ein Sensor zu Bestimmung einer relativen Stellung des Anschlags 6 angeordnet, der ebenfalls an die Leiterplatte angeschlossen ist.
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Im Betrieb befindet sich der Anschlag 7 in der Ruhestellung, wo der Pedalarm 3a wegen dessen Endanschlags nicht mit der Rolle 7 in Kontakt kommen kann. Sobald ein System des Fahrzeugs, in das das Fahrpedal eingebaut ist, eine besondere Gefahrensituation erkennt, wird der elektrische Antrieb zum Erzeugen haptischer Signale aktiviert. Hierfür wird der Motor 4 über eine Steuerung eingeschaltet und so die Rolle 7 über den Anschlag 6 und das Getriebe 5 in Richtung des Pedalarms 3a verfahren, bis eine der Gefahrensituation entsprechende Stellung des Anschlags 6 erreicht ist. Diese Stellung wird von dem Sensor festgestellt, der ein entsprechendes elektrisches Signal an die Steuerung des Motors 4 gibt; der Motor 4 wird ausgeschaltet und die Stellung von dem Sensor überwacht. Für unterschiedliche Gefahrensituationen sind unterschiedliche Stellungen des Anschlags 6 festgelegt. Gefahrensituationen sind z. B. hohe Verkehrsdichte, entgegenkommende Fahrzeuge, Regen, Schneefall und/oder kurvige Straßenführung.
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Sobald ein Fahrer des Fahrzeugs stärker beschleunigen möchte, drückt er stärker auf die Bedienplatte 3, wobei der Pedalarm 3a die Rolle 7 erreicht. Dies führt dazu, dass der Fahrer verstärkte Kräfte aufbringen muss, um die Bedienplatte 3 weiter durchzudrücken. Dies registriert der Fahrer als haptisches Signal, das ihn auf die Gefahrensituation hinweist. Mit dem Druck durch den Pedalarm 3a auf die Rolle 7 kann der Anschlag 6 geringfügig verschoben werden. Dies wird von dem Sensor registriert und durch entsprechende Signale an die Steuerung des Motors 4 ausgeglichen. Will der Fahrer trotz des haptischen Signals das Fahrzeug stärker beschleunigen, so kann er die Bedienplatte 3 gegen die Vorspannkraft des Anschlags 6 bis zu dem Endanschlag mit entsprechenden Wirkungen auf einen Fahrzeugmotor weiter durchtreten. Auf diese Weise kann der Fahrer immer selbst die Kontrolle über Fahrvorgänge behalten; er erhält lediglich die haptischen Signale.
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Sobald sich eine Gefahrensituation ändert, wird der Anschlag 6 in eine entsprechende andere Stellung gefahren. Wird keine Gefahrensituation erkannt, wird der Anschlag 6 in die Ruhestellung zurück gefahren.
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Die Erfindung ist am Beispiel eines hängenden Pedals beschrieben. Mit einfachen Modifikationen ist sie auch für stehende Pedale einsetzbar.
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Ist das erfindungsgemäße Fahrpedal für Automatik-Fahrzeuge eingesetzt, entspricht die Ruhestellung des Anschlags 6 der Kickdown-Position der Bedienplatte 3.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Steckbuchse
- 3
- Bedienplatte
- 3a
- Pedalarm
- 4
- Motor
- 5
- Getriebe
- 6
- Anschlag
- 7
- Rolle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008003296 A1 [0003, 0025]
- DE 202004004454 U1 [0006]
- DE 10250456 A1 [0007]
