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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrpedal für Kraftfahrzeuge,
wobei eine durch eine entsprechende Betätigungskraft herbeigeführte
Lageänderung des Fahrpedals gegenüber seiner Ausgangslage
entgegen einer Rückstellkraft einer Rückstellfeder
zu einer Erhöhung der Antriebskraft des Motors führt
und bei nachlassender Betätigungskraft die Rückstellkraft
der Rückstellfeder das Fahrpedal in Richtung seiner Ausgangslage
zurückbefördert.
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Aus
der
US 4,367,805 ist
eine Vorrichtung zur Erzeugung einer zusätzlichen Gegenkraft
am Fahrpedal bekannt. Das Fahrpedal wird von einer Rückstellfeder
mit einer Rückstellkraft beaufschlagt. Darüber
hinaus ist eine elektromotorische Vorrichtung vorgesehen, die mit
Hilfe eines Elektromotors die Spannung einer Torsionsfeder verändert
und als zusätzliche Rückstellkraft auf das Fahrpedal
wirkt. Dabei ist eine elektromagnetische Kupplung vorgesehen, die
den Elektromotor zu- und abschaltet. Diese vorbekannte Vorrichtung
benötigt vergleichsweise viel Bauraum.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Fahrpedal
darzustellen, das möglichst einfach aufgebaut ist, wenig
Bauraum benötigt und dabei dem Fahrzeugführer
haptische Informationen zur Verfügung stellen kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Dabei ist ein fremdansteuerbarer elektromechanischer Aktuator vorgesehen,
der derart mit der Rückstellfeder zusammenwirkt, dass deren
Rückstellkraft auf das Fahrpedal veränderbar ist.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
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So
ist in einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes
vorgesehen, dass sich die Rückstellfeder einerseits an
einem Arm des Pedalhebels des Fahrpedals und andererseits an einer verschiebbaren
Abstützplatte abstützt. Bei einer alternativen
Ausführungsform ist zur Abstützung der Rückstellfeder
an der Abstützplatte eine Drehscheibe in den Kraftfluss
integriert, wobei sich das freie Ende der Rückstellfeder
an einem Vorsprung der Drehscheibe abstützt und ein Bolzen
der Drehscheibe von einer Tasche der verschiebbaren Abstützplatte
aufgenommen wird.
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Die
Abstützplatte ist vom elektromechanischen Aktuator linear
verschiebbar, wodurch die Rückstellkraft der Rückstellfeder
auf das Fahrpedal variiert wird.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstands
ist vorgesehen, dass die verschiebbare Abstützplatte eine
Tasche aufweist, von der das freie Ende der Rückstellfeder aufgenommen
wird.
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Der
elektromechanische Aktuator stützt sich fahrzeugaufbauseitig
vorzugsweise an einer Spritzwand des Kraftfahrzeugs ab. Alternativ
ist eine Abstützung des elektromechanischen Aktuators an
einem Pedalbock oder einem Pedalgehäuse vorgesehen. Dabei
wird der elektromechanische Aktuator an das Pedalgehäuse
angeflanscht. Der elektromechanische Aktuator ist als linearer Schrittmotor
mit Selbsthemmung ausgebildet.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
der elektromechanische Aktuator mit einem Getriebe zur Umsetzung
der Rotationsbewegung des elektromechanischen Aktuators in eine
Translationsbewegung einer Gewindespindel versehen ist. Die eben
beschriebene Selbsthemmung kann auch in das Getriebe integriert
sein. Die Gewindespindel des sogenannten Rot-Trans-Getriebes ist
mit der Abstützplatte verbunden, wobei die Abstützplatte
zwei Führungswalzen aufweist, die innerhalb zweier Führungsschienen
geführt werden.
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Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel wird die Abstützplatte
von einem Steg getragen, der mit der Gewindespindel verbunden ist
und von zwei Führungsbolzen geführt wird.
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Die
Rückstellfeder ist als Torsionsfeder oder Druckfeder ausgebildet.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand dreier Ausführungsbeispiele
im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Teildarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Fahrpedals;
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2a–c verschiedene Stellungen
des Fahrpedals und jeweils ein zugeordnetes Kraft-Weg-Diagramm;
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3 ein
schematisches Schaltbild der Ansteuerung des Fahrpedals;
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4 ein
zweites Ausführungsbeispiel in Teildarstellung;
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5 eine 4 entsprechende
Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels;
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6 ein
drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Fahrpedals und
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7 eine
weitere Darstellung des Fahrpedals nach 6.
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In 1 ist
ein Fahrpedal 20 für Kraftfahrzeuge dargestellt.
Wenn der Fahrzeugführer auf das Fahrpedal 20 tritt
und sich eine durch seine entsprechende Fuß-Betätigungskraft
herbeigeführte Lageänderung des Fahrpedals 20 gegenüber
der Ausgangslage entgegen einer Rückstellkraft einstellt,
so führt dies zu einer Erhöhung der Antriebskraft
des Motors. Löst der Fahrzeugführer seinen Fuß vom Fahrpedal 20,
so befördert eine Rückstellkraft das Fahrpedal 20 in
Richtung seiner Ausgangslage zurück. Diese Rückstellkraft
wird von einer Rückstellfeder 16 erzeugt. Wie
nachfolgend noch näher erläutert wird, wirkt ein
fremdansteuerbarer Aktuator 11 derart mit der Rückstellfeder 16 zusammen,
dass deren Rückstellkraft auf das Fahrpedal 20 veränderbar
ist. Durch diese Maßnahme wird also die auf das Fahrpedal 20 wirkende
Rück stellkraft verändert. Für den Fahrzeugführer
ist bei einer höheren Rückstellkraft auf das Fahrpedal 20 ein
erhöhter Kraftaufwand zum Betätigen des Fahrpedals 20 notwendig.
Das Fahrpedal 20 fühlt sich steifer an. Man spricht
daher auch davon, die Steifigkeit des Fahrpedals 20 zu
verändern.
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Das
in 1 dargestellte Fahrpedal 20 weist einen
Pedalhebel 15 auf, der schwenkbar um eine Achse 13 angeordnet
ist. Der Pedalhebel 15 ist mit einem Arm 1 verbunden,
der an einem Zylinder 2 einer Rückstellfederaufnahme 17 anliegt.
Diese Rückstellfederaufnahme 17 ist drehbar um
einen Drehachsenstift 14 gelagert und nimmt die Rückstellfeder 16 auf,
die im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
als Torsionsfeder ausgebildet ist. Ein erstes Ende 3 der
Rückstellfeder 16 stützt sich an einem Vorsprung 4 der
Rückstellfederaufnahme 17 ab und das zweite Ende 5 der
Rückstellfeder 16 stützt sich an einer
Abstützplatte 6 ab, deren Funktion nachfolgend
noch näher beschrieben wird. Wird der Pedalhebel 15 betätigt,
so drückt der Arm 1 auf den Zylinder 2 und
die Rückstellfederaufnahme 17 dreht sich um den
Drehachsenstift 14. Dabei wird die Rückstellfeder 16 entgegen
ihrer Entspannungsrichtung verdreht. Dies hat eine Rückstellkraft
der Rückstellfeder 16 zur Folge.
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Wie 1 weiter
entnehmbar ist, ist die Abstützplatte 6 verschiebbar
angeordnet. Die Abstützplatte 6 weist zu diesem
Zweck Führungswalzen 8 auf, die von zwei Führungsschienen 9 aufgenommen werden.
Ein elektromechanischer Aktuator 11 verschiebt die Abstützplatte 6 innerhalb
der Führungsschienen 9 in der Zeichnung nach vorne
oder nach hinten. Dadurch verändert sich die Vorspannung
der Rückstellfeder 16, wie es nachfolgend anhand
der 2a bis 2c verdeutlicht
ist. Der elektromechanische Aktuator 11 ist als linearer
Schrittmotor mit Selbsthemmung ausgebildet. Ein nicht dargestelltes Getriebe
setzt dabei die Rotationsbewegung des Schrittmotors in eine Translationsbewegung
einer Gewindespindel 10 um. Die Gewindespindel 10 ist mit
der Abstützplatte 6 verbunden. Die eben angesprochene
Selbsthemmung des elektromechanischen Aktuators kann in dem Getriebe
realisiert werden, indem ein entsprechender Wirkungsgrad der Getriebeuntersetzung
gewählt wird. Zur Krafteinleitung stützt sich
der elektromechanische Aktuator 11 seinerseits fahrzeugaufbauseitig
ab. Denkbar ist eine Abstützung des elektromechanischen
Aktuators 11 an einer Spritzwand oder an einem Pedalbock.
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In
den 2a bis 2c sind
drei verschiedene Positionen der Abstützplatte 6 dargestellt
und zu jeder Position ist ein Kraft-Weg-Diagramm der Pedalkennlinie
des Fahrpedals 20 dargestellt. Das Kraft-Weg-Diagramm weist
auf der Ordinate die notwendige Kraft zum Betätigen des
Fahrpedals 20, die Pedalkraft, auf und auf der Abszisse
der dabei zurückgelegte Betätigungsweg des Fahrpedals 20,
also der Pedalweg. In 2a ist die Abstützplatte 6 vom elektromechanischen
Aktuator 11 in eine minimale Position gefahren. Dabei ist
die Vorspannung der Rückstellfeder 16 verringert.
Zum Zurücklegen des Weges X1 ist
daher die vergleichsweise geringe Kraft Y1 notwendig.
Dagegen ist in 2b die Abstützplatte 6 in
eine mittlere Position gefahren und für das Zurücklegen
des Weges X1 ist eine Kraft Y2 notwendig, die
größer als die Kraft Y1 ist,
da die Rückstellfeder 16 in dieser mittleren Position
weiter vorgespannt ist als in der minimalen Position aus 2a.
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In 2c schließlich ist die Abstützplatte 6 vom
elektromechanischen Aktuator 11 in eine maximale Position
gefahren und die Vorspannung der Rückstellfeder ist somit
vergrößert worden. Um denselben Weg X1 zurückzulegen
ist die Kraft Y3 notwendig, die wiederum
größer als die Kraft Y2 bzw.
als die Kraft Y1 aus 2b bzw. 2a ist.
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Damit
sich das freie Ende 5 der Rückstellfeder 16 beim
Verfahren der Abstützplatte 6 nicht von der Abstützplatte 6 löst,
ist in der Abstützplatte 6 eine Tasche 7 ausgebildet,
die das freie Ende 5 der Rückstellfeder 16 aufnimmt.
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Wie
bereits erwähnt, ist der elektromechanische Aktuator 11 fremdansteuerbar
und zur Ansteuerung ist eine Steuereinheit 19 vorgesehen,
wie es in 3 dargestellt ist. Die Steuergröße
für den elektromechanischen Aktuator 11 kann dabei
von einem Fahrerassistenzsystem vorgegeben werden, das beispielsweise
in bestimmten Fahrsituationen eine bestimmte Steifigkeit des Fahrpedals 20 vorgibt
und dementsprechend die Rückstellkraft der Rückstellfeder 16 verändert,
wie es eben anhand der 2a bis 2c beschrieben wurde.
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Darüber
hinaus ist es denkbar, einen Schalter 18 im Cockpit des
Fahrzeugführers zu platzieren. Wenn der Fahrzeugführer
mittels dieses Schalters 18 einen besonders ökonomischen
Fahrbetrieb seines Kraftfahrzeugs wählt, so wird der elektromechanische
Aktuator 11 so angesteuert, dass die Abstützplatte 6 in
eine der 2c entsprechende Position gefahren
wird. In diesem vom Fahrzeugführer gewählten EcoModus
ist demnach die Rückstellkraft am Fahrpedal 20 besonders
hoch und der Fahrzeugführer benötigt mehr Kraft
zum Betätigen des Fahrpedals 20 und wird dementsprechend
besonders bedacht das Fahrpedal 20 betätigen,
was dem Energieverbrauch beim Betrieb des Kraftfahrzeugs zuträglich ist.
Auf diese Weise unterstützt das beschriebene Fahrpedal 20 einen
sorgsamen Verbrauch der zur Verfügung stehenden Energiereserven.
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In 4 ist
eine alternative Ausführungsform dargestellt. Statt das
freie Ende 5 der Rückstellfeder 16 direkt
in der Tasche 7 der Abstützplatte 6 einzuhängen
ist bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
eine Drehscheibe 26 vorgesehen. Diese Drehscheibe 26 ist
in den Kraftfluss integriert und das freie Ende 5 der Rückstellfeder 16 stützt
sich an einem Vorsprung 22 der Drehscheibe 26 ab.
Ein an der Drehscheibe 26 befestigter Bolzen 21 wird
von der Tasche 7 der Abstützplatte 6 aufgenommen.
In 5 ist diese Ausführungsform aus einer
anderen Perspektive dargestellt. Bei dieser Darstellung wird ersichtlich,
wie das freie Ende 5 der Rückstellfeder 16 an
dem Vorsprung eingehängt wird. Wie bereits erwähnt
wird der Bolzen 21 von der Tasche 7 aufgenommen.
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In 6 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Bei dieser
Ausführungsform ist die Rückstellfeder 16 als
Kompressionsfeder ausgebildet. Die Rückstellfeder 16 ist
aber ebenfalls im Kraftfluss zwischen dem Arm 1 des Pedalhebels 15 und
der Abstützplatte 6 angeordnet. Die Abstützplatte 6 wird
in dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel
von einem Steg 25 getragen. Der Steg 25 ist mit
Hilfe einer Schraube 23 mit der Gewindespindel 10 verbunden.
Außerdem wird der Steg 25 von zwei Führungsbolzen 29 geführt.
Der elektromechanische Aktuator 11 bewegt den Steg 25 in
der Zeichnung nach vorne oder nach hinten. Dabei wird die Kompression
und damit die Vorspannung der Rückstellfeder 16 verändert
und die Rückstellkraft auf das Fahrpedal 20 variiert. 7 zeigt
die in 6 dargestellte Ausführungsform aus einer
anderen Perspektive.
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Es
bleibt festzuhalten, dass die Ausführungsformen des beschriebenen
Fahrpedals 20 besonders einfach und effektiv die Rückstellkraft
der Rückstellfeder 16 verändern. Dem
Fahrzeugführer wird damit eine haptische Information vermittelt
und beispielsweise in einem EcoModus nahe gelegt, das Fahrpedal
besonders sorgsam zu betätigen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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