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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungssteuerungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In Kraftfahrzeugen werden in zunehmendem Maße E-Gassysteme eingesetzt zur Steuerung der Leistung des Antriebsmotors, z. B. eines Verbrennungs- und/oder Elektromotors. Dabei wird von einem Fuß des Kraftfahrzeuges ein Pedal als Fahr- oder Gaspedal um eine Drehachse verschwenkt und der Drehwinkel des Pedales wird von einem Sensor erfasst. In Abhängigkeit von der von dem Sensor erfassten Stellung des Pedales wird die Leistung des Antriebsmotors gesteuert und/oder geregelt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäße Leistungssteuerungsanordnung für einen Antriebsmotor eines Kraftfahrzeuges, umfassend ein zwischen einer Ausgangsstellung und einer Endstellung bewegliches Fahrpedal, ein Lager für das Fahrpedal, eine Rückstelleinrichtung mit einem elastischen Element, insbesondere Feder, welche auf das Fahrpedal eine Rückstellkraft in Richtung der Ausgangsstellung aufbringt, um das Fahrpedal in die Ausgangsstellung zu bewegen, einen Sensor zur Erfassung einer Stellung, insbesondere Drehwinkels, des Fahrpedales, eine Steuerungseinheit mit der in Abhängigkeit von der von dem Sensor erfassten Stellung des Fahrpedales aufgrund in der Steuerungseinheit gespeicherter Daten und/oder Funktionen die Leistung des Antriebsmotor steuerbar ist, wobei in der Steuerungseinheit Daten und/oder Funktionen gespeichert sind, so dass wenigstens einer Stellung des Fahrpedales unterschiedliche Leistungen des Antriebsmotors zugeordnet sind.
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Insbesondere sind sämtlichen Stellungen des Fahrpedales zwischen der Ausgangsstellung und der Endstellung unterschiedliche Leistungen des Antriebsmotors zugeordnet.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind der wenigstens einen Stellung des Fahrpedales wenigstens drei, fünf oder sieben unterschiedliche Leistungen des Antriebsmotors zugeordnet.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung ist die Leistung des Antriebsmotors direkt proportional zu der Größe eines Winkels zwischen der Ausgangsstellung des Fahrpedales und der aktuellen Stellung des Fahrpedales.
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Vorzugsweise ist die Rückstelleinrichtung dahingehend ausgebildet, dass die Rückstellkraft in einer Zwischen-Stellung des Fahrpedales zwischen der Ausgangsstellung und der Endstellung einen Kraftsprung aufweist. Der Kraftsprung ist beispielsweise um mehr als 5%, 10%, 30% oder 50% größer als die Rückstellkraft der Fahrpedales vor und/oder nach der dem Kraftsprung bezüglich der Stellung des Fahrpedales.
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In einer Variante ist außerhalb der Zwischen-Stellung des Fahrpedales die von der Rückstelleinrichtung auf das Fahrpedal aufgebrachte Rückstellkraft direkt proportional zu der Größe eines Winkels zwischen der Ausgangsstellung des Fahrpedales und der aktuellen Stellung des Fahrpedales.
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Zweckmäßig ist die Proportionalitätskonstante für die Angabe der Leistung des Antriebsmotors direkt proportional zu der Größe eines Winkel zwischen der Ausgangsstellung des Fahrpedales und der aktuellen Stellung des Fahrpedales zwischen der Ausgangsstellung und der Zwischen-Stellung größer ist als zwischen der Zwischen-Stellung und der Endstellung des Fahrpedales.
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Vorzugsweise ist von einer Motoreinheit eine Rückstellkraft in Richtung der Ausgangsstellung und/oder eine Vorstellkraft in Richtung der Endstellung auf das Fahrpedal aufbringbar. Das Fahrpedal ist damit ein aktives Fahrpedal für ein Fahrassistenzsystem, um haptisch an dem Fuß des Fahrers ein Handlungsaufforderung an den Fahrer zu übermitteln.
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In einer Variante ist die Motoreinheit mit einem Getriebe mechanisch mit dem Fahrpedal verbunden und/oder das Fahrpedal ist an dem Lager um eine Drehachse verschwenkbar gelagert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 eine stark vereinfachte Darstellung einer Leistungssteuerungsanordnung,
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2 ein Kraft-Weg- bzw. Kraft-Winkel-Diagramm für ein Fahrpedal der Leistungssteuerungsanordnung gemäß 1,
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3 ein Leistung-Weg bzw. Leistung Winkel-Diagramm für das Fahrpedal der Leistungssteuerungsanordnung gemäß 1 und
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4 eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeuges.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Eine Leistungssteuerungsanordnung 1 wird in einem Kraftfahrzeug 15 mit einem Verbrennungs- und/oder Elektromotor als Antriebsmotor 14 eingesetzt, um mit Hilfe eines E-Gassystems die Leistung des Antriebsmotors 14 zu steuern und/oder zu regeln. Hierzu wird von einem Sensor 9 eine Stellung eines Fahrpedales 2 bzw. Gaspedals 2 erfasst und in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedales 2 die Leistung des Antriebsmotors 14 des Kraftfahrzeuges 15 gesteuert und/oder geregelt. Bei einem Verbrennungsmotor als Antriebsmotor 14 wird beispielsweise ein Drosselorgan z. B. eine Drosselklappe, von einem Stellmotor bewegt und bei einem Elektromotor wird die dem Elektromotor zugeführte elektrische Leistung entsprechend gesteuert und/oder geregelt (nicht dargestellt). In einer Ausgangsstellung des Fahrpedales 2 wird von dem Antriebsmotor die minimale Leistung, z. B. als Standgas, und in einer Endstellung des Fahrpedales 2 wird von dem Antriebsmotor die maximale Leistung aktiviert. Das Kraftfahrzeug 15 verfügt somit über ein 14 E-Gas bzw. ein. E-Gassystem.
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Das Fahrpedal 2 ist an einem Lager 4 für das Fahrpedal 2 um eine Drehachse 5 verschwenkbar gelagert. Mit einem elastischen Element 7 als Feder 8 wird auf das Fahrpedal 2 eine Rückstellkraft in Richtung der Ausgangsstellung aufgebracht. Die Feder 8 ist dabei an einer Federlagerung 10 und an dem Fahrpedal 2 befestigt und bildet dabei eine Rückstelleinrichtung 6. Von einem Sensor 9, z. B. als Hallsensor ausgebildet, wird eine Stellung des Fahrpedales 2, insbesondere ein Drehwinkel des Fahrpedales 2, erfasst. Die von dem Sensor 9 erfassten Daten zur Stellung des Fahrpedales 2 werden mittels nicht dargestellter Signalübertragungsleitungen an eine Steuerungseinheit 11, z. B. einem Bordcomputer des Kraftfahrzeuges 15, übermittelt. Die Steuerungseinheit 11 umfasst dabei einen Speicher 12 zur Speicherung von Daten und/oder Funktionen sowie einen Prozessor 13. In Abhängigkeit von der von dem Sensor 9 erfassten Daten zur Stellung des Fahrpedales 2 und mit dem in dem Speicher 12 gespeicherten Daten bzw. Funktionen wird in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedales 2 die Leistung des Antriebsmotors 14 des Kraftfahrzeuges 15 gesteuert und/oder geregelt.
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In 2 ist an der Abszisse die Stellung s bzw. der Drehwinkel α ausgehend von der Ausgangsstellung aufgetragen und an der Ordinate die von der Rückstelleinrichtung 6 auf das Fahrpedal 2 aufgebrachte Rückstellkraft F in Abhängigkeit von der Stellung s bzw. des Drehwinkels α des Fahrpedales 2. Dabei tritt an einer Zwischen-Stellung s0 bzw. einem Zwischen-Drehwinkel α0 des Fahrpedales 2 bei der durchgezogenen Linie ein Kraftsprung auf. Dies resultiert beispielsweise daraus, dass die Rückstelleinrichtung 6 zwei elastische Elemente 7 bzw. Federn 8 aufweist und ein erstes elastisches Element 7 bis zum Zwischen-Drehwinkel α0 einer Rückstellkraft aufbringt und ab dem Zwischen-Drehwinkel α0 zusätzlich auch das zweite elastische Element 7 auf das Fahrpedal 2 eine Rückstellkraft aufbringt (nicht dargestellt). Abweichend von der in 2 durchgezogenen Linie für die Rückstellkraft F in Abhängigkeit von dem Drehwinkel α können auch andere Linien mit der Rückstelleinrichtung 6 realisiert werden, beispielsweise die in 2 dargestellte lang strichlierte Linie und kurz strichlierte Linie. Dabei liegt die Zwischen-Stellung s0 bzw. der Zwischen-Drehwinkel α0 in einer mittleren Stellung des Fahrpedales, d. h. sofern die Ausgangsstellung 0 und die Endstellung 100% entspricht, liegt die Zwischen-Stellung s0 bzw. der Zwischen-Drehwinken α0 beispielsweise zwischen 30% und 70%, insbesondere zwischen 40% und 60%, der Stellung des Fahrpedales 2. Das Kraftfahrzeug 15 befindet sich somit in der Zwischen-Stellung s0 somit in einem mittleren Geschwindigkeitsbereich.
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In 3 ist an der Abszisse die Stellung s bzw. der Drehwinkel α ausgehend von der Ausgehendstellung des Fahrpedales aufgetragen und an der Ordinate die Leistung P des Antriebsmotors 14. Dabei sind in der Steuerungseinheit 11 unterschiedliche Kurven bzw. Funktionen gespeichert, welche die Leistung P des Antriebsmotors 14 in Abhängigkeit von der Stellung s bzw. dem Drehwinkel α des Fahrpedales 2 angeben. Fünf Kurven enden dabei an der maximalen Leistung Pmax des Antriebsmotors 14 und eine Kurve bzw. Gerade endet ungefähr bei der Hälfte der maximalen Leistung Pmax des Antriebsmotors 14. Die Enden der in 3 dargestellten Funktionen entsprechen dabei der Endstellung des Fahrpedales 2. Die Leistung P des Antriebsmotors 14 ist dabei direkt proportional zu der Größe des Drehwinkels α des Fahrpedales 2 zwischen der Ausgangsstellung des Fahrpedales 2 und der aktuellen Stellung, d. h. dem auf der Abszisse aufgetragenen Drehwinkel α, des Fahrpedales 2.
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Die Leistung P des Antriebsmotors 14 entspricht somit dem Produkt aus dem an der Abszisse aufgetragenen Drehwinkel α und einer Proportionalitätskonstanten n. P = n × α. Dabei weisen die in 3 aufgetragenen funktionalen Zusammenhänge zwischen der Leistung P und dem Drehwinkel α für einen Drehwinkel α zwischen der Ausgangsstellung und dem Zwischen-Drehwinkel α0 eine größere Proportionalitätskonstante auf als zwischen dem Zwischen-Drehwinkel α0 und der Endstellung des Fahrpedales 2. Dies zeigt sich in 3 dadurch, dass für die oberen fünf dargestellten funktionalen Zusammenhänge die Gerade zwischen der Ausgangsstellung und dem Zwischen-Drehwinkel α0, jeweils für eine Linie bzw. Gerade bzw. Kennlinie 3, eine größere Steigung aufweist als zwischen dem Zwischen-Drehwinkel α0 und der Endstellung des Fahrpedales 2. Dies gilt für jeden einzelnen der in 3 dargestellten fünf funktionalen Zusammenhänge, welche an der maximalen Leistung Pmax des Antriebsmotors 14 enden. Ein sechster funktionaler Zusammenhang in 3 weist zwischen der Ausgangsstellung und der Endstellung des Fahrpedales 2 eine identische Proportionalitätskonstante n auf. In diesem sechsten funktionalen Zusammenhang kann auch in der Endstellung des Fahrpedales 2 nur ungefähr die Hälfte der maximalen Leistung Pmax des Antriebsmotors 14 aktiviert werden.
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Die in 3 aufgetragenen funktionalen Zusammenhänge sind in 3 jeweils als Kennlinien 3 dargestellt. Abweichend hiervon können mit der Steuerungseinheit 11 aufgrund entsprechender Software eine beliebige Anzahl von Kennlinien 3 eingespeichert und programmiert werden, auch abweichend von den in 3 dargestelltem direkten proportionalen Zusammenhang zwischen der Leistung P und dem Drehwinkel α des Fahrpedales 2 beispielsweise in Form von gekrümmten Kennlinien, z. B. Logarithmus und/oder Parabelfunktionen. In dem in 3 dargestellten Kennlinien 3, welche an der maximalen Leistung Pmax des Antriebsmotors 14 enden, tritt an dem Zwischen-Drehwinkel α0 eine Veränderung der Proportionalitätskonstanten n bzw. der Steigung der Kennlinie 3 ein. Darüber hinaus tritt an dem Zwischen-Drehwinkel α0 der Kraftsprung gemäß 2 ein. Es liegt somit ein zweistufiges Fahrpedal 2 vor. Der Fahrer kann dabei unterschiedliche Kennlinien 3 für verschiedene Fahrweisen auswählen. Die in 3 dargestellte oberste Kennlinie 3 entspricht beispielsweise einer sehr sportlichen Fahrweise und die in 3 dargestellte unterste Kennlinie 3, welche an der maximalen Leistung Pmax des Antriebsmotors endet, entspricht einer sehr defensiven bzw. energiesparenden Fahrweise des Fahrers. Dadurch hat der Fahrer des Kraftfahrzeuges 15 die Möglichkeit, unterschiedliche Fahrweisen zu realisieren und für unterschiedliche Fahrer können auch unterschiedliche Kennlinien 3 durch entsprechende Eingabeeinheiten (nicht dargestellt) in dem Innenraum des Kraftfahrzeuges 15 eingegeben, gewählt oder gespeichert werden. Aufgrund des Kraftsprunges an dem Zwischen-Drehwinkel α0 bzw. der Zwischenstellung s0 des Fahrpedales 2 kann der Fahrer auch haptisch erkennen, ab wann an dem Fahrpedal 2 die steilere Kennlinie 3 von der Steuerungseinheit 11 gewählt wird ab dem Zwischen-Drehwinkel α0.
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Darüber hinaus ist es auch möglich, dass der Fahrer andere unterschiedliche Zwischen-Stellungen s0 bzw. Zwischen-Drehwinkel α0 mit Hilfe der Steuerungseinheit 11 bzw. der Eingabeeinheit und der Rückstelleinrichtung 6 auswählt, d. h. die Zwischen-Stellung s0 beispielsweise 30% oder 70% der Stellung des Fahrpedales 2 entspricht.
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Die in 3 am untersten dargestellte Kennlinie 3, bei welcher in der Endstellung des Fahrpedales 2 lediglich die Hälfte der maximalen Leistung Pmax des Antriebsmotors 14 realisiert wird, kann beispielsweise dazu eingesetzt werden, um bei Kraftfahrzeugen 15 mit einem Antriebsmotor 14 mit einer hohen Leistung Führerscheinneulingen bzw. unerfahrenen Fahrern nur eine verminderte Leistung des Antriebsmotors 14 zur Verfügung zu stellen. Die in 3 am untersten dargestellte Kennlinie 3 kann beispielsweise nur mit einem PIN-Code aktiviert und deaktiviert werden.
