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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pedalwertgeberanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Pedalwertgeberanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 7.
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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. Dabei finden bei derartigen Kraftfahrzeugen auch in zunehmendem Umfang Fahrassistenzsysteme Anwendung und die Pedalwertgeberanordnung ist als eine aktive Pedalwertgeberanordnung ausgebildet mit einem aktiven Pedal. Das Pedal kann zwischen einer Ausgangsstellung und einer Endstellung bewegt werden. In der Ausgangsstellung wird die minimale Leistung des Antriebsmotors und in der Endstellung die maximale Leistung des Antriebsmotors angefordert. Von dem Fahrassistenzsystem sind dabei Handlungsaufforderungen an den Fahrer des Kraftfahrzeuges zu übertragen. Dies erfolgt mittels einer haptischen Schnittstelle, indem am Pedal bzw. Fahrpedal zusätzlich zu einer von einem elastischen Element in Richtung der Ausgangsstellung aufgebrachten Rückstellkraft von einer Motoreinheit eine zusätzliche Rückstellkraft auf das Pedal aufgebracht wird, so dass von dem Fahrer diese zusätzliche von der Motoreinheit aufgebrachte Rückstellkraft haptisch am Fuß erkennbar und dadurch eine Handlungsaufforderung an den Fahrer des Kraftfahrzeuges übermittelt werden kann. Die Fahrassistenzsysteme erfassen beispielsweise einen Abstand zu einem vorausfahrenden Kraftfahrzeug oder eine Geschwindigkeitsbegrenzung und bei einem Unterschreiten des Sicherheitsabstandes zu dem vorausfahrenden Fahrzeug oder einem Überschreiten der zulässigen Höchstgeschwindigkeit wird von der Motoreinheit eine zusätzliche Rückstellkraft in Richtung der Ausgangsstellung des Pedales auf das Pedal aufgebracht und der Fahrer wird dadurch dazu angeregt, durch eine Veränderung der Stellung des Pedales in Richtung der Ausgangsstellung die Geschwindigkeit des Fahrzeuges zu reduzieren. Die Fahrassistenzsysteme können dabei auch andere Handlungsaufforderungen, z. B. das Schalten in nächst höheren Gag, mittels der Rückstellkraft durch den Motor an den Fahrer übermitteln. Abweichend hiervon kann die Rückstellkraft auch als eine Vibration an dem Pedal aufgebracht werden.
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Die
DE 102 51 035 A1 zeigt eine Fahrpedaleinrichtung für Kraftfahrzeuge, beinhaltend ein vom Fahrer betätigbares Fahrpedal, welches durch eine gegen die Betätigungskraft wirkende Rückstellkraft belastet ist, wobei eine Stelleinrichtung zur Einstellung der Rückstellkraft abhängig von den Betriebsbedingungen des Fahrzeuges vorgesehen ist.
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In den verschiedenen Zwischenstellungen zwischen einer Ausgangsstellung und einer Endstellung des beweglichen Fahrpedales einer Pedalwertgeberanordnung wird auf das Fahrpedal von einer Feder und von der Motoreinheit eine Rückstellkraft aufgebracht. Von einem Reibelement wird eine Hysterese erzeugt. Das Reibelement unterliegt dem Verschleiß. Dabei ist im Allgemeinen die von der Feder und der Motoreinheit auf das Pedal bei einer Bewegung des Pedals von der Ausgangsstellung in die Endstellung aufgebrachte Kraft größer als bei einer Bewegung des Fahrpedales von der Endstellung in eine Ausgangsstellung. Während längerer Fahrten mit dem Kraftfahrzeug ist von einem Fuß des Fahrers auf das Fahrpedal eine relativ große Kraft aufzubringen, um die Rückstellkräfte zu überwinden und dabei, insbesondere in einer unbewegten Ruhestellung des Fahrpedales, z. B. während längerer Autobahnfahrt mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit, das Fahrpedal in einer unveränderten Stellung, insbesondere in einem unveränderten Drehwinkel, zu halten. Hierzu ist es erforderlich, dass von den Muskeln des Fahrers zusätzlich zur Gewichtskraft des Fußes eine entsprechend hohe Kraft auf das Fahrpedal aufzubringen ist. Abweichend hiervon kann die Rückstellkraft auch kleiner als die Gewichtskraft des Fußes sein, so dass der Fuß mit den Muskeln zu halten ist. Dies kann insbesondere bei längeren Fahrten zu Schmerzen oder Krämpfen am Muskelapparat im Bereich des Fußes führen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäße Pedalwertgeberanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein zwischen einer Ausgangsstellung und einer Endstellung bewegliches Fahrpedal, ein Lager für das Fahrpedal, ein elastisches Element, insbesondere Feder, welche auf das Fahrpedal eine Rückstellkraft in Richtung der Ausgangsstellung aufbringt, um das Fahrpedal in die Ausgangsstellung zu bewegen, eine Motoreinheit, von welcher auf das Fahrpedal eine Rückstellkraft in Richtung der Ausgangsstellung aufbringbar ist, wobei die Rückstellkraft der Motoreinheit dahingehend gesteuert und/oder geregelt ist, dass in einer im Wesentlichen unbewegten Ruhestellung des Fahrpedales die Summe aus der Rückstellkraft des elastischen Elementes und der Rückstellkraft der Motoreinheit im Wesentlichen der Gewichtskraft eines Fußes auf dem Fahrpedal entspricht.
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Bei der Pedalwertgeberanordnung ist bei einer im Wesentlichen unbewegten Ruhestellung des Fahrpedales die Summe aus der Rückstellkraft des elastischen Elementes und der Rückstellkraft der Motoreinheit im Wesentlichen gleich groß wie die Gewichtskraft des Fußes aus dem Fahrpedal. Gleich groß bedeutet dabei, dass die Summe aus der Rückstellkraft des elastischen Elementes und der Rückstellkraft der Motoreinheit mit einer Abweichung von weniger als 40%, 30%, 20%, 10% oder 5% der Gewichtskraft des Fußes auf dem Fahrpedal entspricht. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, dass bei längeren Fahrten mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit mit dem Kraftfahrzeug, der Fahrer zum Halten des Pedales in einer konstanten Stellung im Wesentlichen keine Muskelkraft aufwenden muss, um das Fahrpedal in dieser Stellung zu halten. Dadurch können Krämpfe im Muskelapparat des Fußes vermieden werden.
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Insbesondere entspricht in jeder Zwischenstellung zwischen der Ausgangsstellung und der Endstellung die Summe aus der Rückstellkraft des elastischen Elementes und der Rückstellkraft der Motoreinheit im Wesentlichen der Gewichtskraft eines Fußes auf dem Fahrpedal.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist das Fahrpedal mit einem Kraftsensor zur Erfassung der von dem Fuß auf das Fahrpedal aufgebrachten Kraft versehen. Mit dem Kraftsensor kann während einer Kalibrierphase in verschiedenen Stellungen des Fahrpedales die Gewichtskraft eines Fußes auf dem Fahrpedal erfasst werden und daraus von einer Steuerungseinheit die von der Motoreinheit aufzubringenden Rückstellkräfte und vorzugsweise Vorstellkräfte ermittelt werden.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung umfasst die Fahrpedalwertgeberanordnung einen Sensor zur Erfassung einer Stellung, insbesondere eine Drehwinkels, des Fahrpedales.
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Vorzugsweise ist von der Motoreinheit eine Vorstellkraft in Richtung der Endstellung auf das Fahrpedal aufbringbar.
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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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Erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Pedalwertgeberanordnung, insbesondere einer in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Pedalwertgeberanordnung, mit den Schritten: Aufbringen einer Rückstellkraft auf das Fahrpedal mit einem elastischen Element in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedales, Aufbringen einer Rückstellkraft auf das Fahrpedal mit einer Motoreinheit, Aufbringen einer Kraft auf das Fahrpedal mit einem Fuß zum Bewegen des Fahrpedales in unterschiedliche Stellungen, so dass das Fahrpedal in unterschiedliche Stellungen bewegt wird, wobei die von der Motoreinheit auf das Fahrpedal aufgebracht Rückstellkraft dahingehend aufgebracht wird, dass die Summe aus der Rückstellkraft des elastischen Elementes und der Rückstellkraft der Motoreinheit im Wesentlichen der Gewichtskraft eines Fußes auf dem Fahrpedal entspricht.
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Zweckmäßig wird mit einem Kraftsensor zur Erfassung der von dem Fuß auf das Fahrpedal aufgebrachten Kraft die von dem Fuß auf das Fahrpedal aufgebrachte Kraft erfasst und vorzugsweise in Abhängigkeit von der von dem Kraftsensor erfassten Kraft wird die von der Motoreinheit auf das Fahrpedal aufgebrachte Rückstellkraft und/oder Vorstellkraft gesteuert.
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In einer weiteren Ausführungsform wird in einer Kalibrierphase in wenigstens einer Stellung, vorzugweise mehreren Stellungen, des Fahrpedales die als Gewichtskraft des Fußes auf des Fahrpedal einwirkende Kraft von dem Kraftsensor gemessen und in Abhängigkeit von der oder den in der Kalibrierphase gemessenen Kraftwerten wird die von der Motoreinheit auf das Fahrpedal aufgebrachte Rückstellkraft und/oder Vorstellkraft gesteuert.
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Insbesondere werden die in verschiedenen Stellungen des Fahrpedales gemessenen Kraftwerte für Stellungen außerhalb der gemessenen Stellungen des Fahrpedales interpoliert und in Abhängigkeit von den damit ermittelten Kraftwerten wird für sämtliche Stellungen des Fahrpedales die von der Motoreinheit auf das Fahrpedal aufgebrachte Rückstellkraft und/oder Vorstellkraft gesteuert.
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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 ein Kraft-Weg-Diagramm einer Pedalwertgeberanordnung,
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2 eine stark vereinfachte Darstellung der Pedalwertgeberanordnung und
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3 eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeuges.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Eine Pedalwertgeberanordnung 1 wird in einem Kraftfahrzeug 17 mit einem nicht dargestellten Verbrennungs- und/oder Elektromotor als Antriebsmotor eingesetzt, um mit Hilfe eines E-Gassystems die Leistung des Antriebsmotors zu steuern und/oder zu regeln. Hierzu wird von einem Sensor 13 eine Stellung eines Fahrpedales 2 bzw. Gaspedals 2 erfasst und in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedales 2 die Leistung des Antriebsmotors des Kraftfahrzeuges 17 gesteuert und/oder geregelt. Bei einem Verbrennungsmotor als Antriebsmotor 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 17 verfügt somit über ein E-Gas bzw. ein E-Gassystem.
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Von einer Feder 7 als elastisches Element 6 wird auf das Fahrpedal 2 eine Rückstellkraft in Richtung der Ausgangsstellung aufgebracht. Darüber hinaus ist eine als Elektromotor 9 ausgebildete Motoreinheit 8 mechanisch mittels eines Getriebes 10 mit dem Fahrpedal 2 mechanisch verbunden bzw. gekoppelt. Das Getriebe 10 umfasst dabei ein erstes Zahnrad 11 an einer nicht dargestellten Welle des Elektromotors 9 und ein zweites Zahnrad 12 an einem Gelenk 4 eines Lagers 3, um welche das Fahrpedal 2 und das zweite Zahnrad 12 um eine Drehachse 5 verschwenkbar gelagert ist. Dabei kann mit der Motoreinheit 8 sowohl eine Rückstellkraft in Richtung der Ausgangsstellung als auch eine Vorstellkraft in Richtung der Endstellung des Fahrpedales 2 auf das Fahrpedal 2 aufgebracht werden. Die Pedalwertgeberanordnung 1 stellt dabei ein aktives Fahrpedal 2 zur Verfügung. Von einem nicht dargestellten Fahrassistenzsystem des Kraftfahrzeuges 17 werden verschiedene Parameter erfasst, z. B. der Abstand zu einem vorausfahrenden Kraftfahrzeug oder die zulässige Höchstgeschwindigkeit. Wird der Abstand zu dem vorausfahrenden Kraftfahrzeug 17 unterschritten, erfolgt eine haptische Rückmeldung an einem Fuß 15 auf dem Fahrpedal 2. Hierbei wird von dem Elektromotor 9 eine größere Rückstellkraft auf das Fahrpedal 2 aufgebracht, welches der Fahrer mit Hilfe des Fußes 15 haptisch wahrnehmen kann, so dass dadurch von einer Steuerungseinheit 16 eine Handlungsanregung bzw. Handlungsaufforderung an den Fahrer des Kraftfahrzeuges 17 übermittelt werden kann, nämlich im vorliegenden Fall die Stellung des Fahrpedales 2 in Richtung zu der Ausgangsstellung zu bewegen, um dadurch den Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug zu verringern.
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Auf dem Fahrpedal 2 ist außerdem ein Kraftsensor 14 zur Erfassung der von dem Fuß 15 (strichliert dargestellt) des Fahrers auf das Fahrpedal 2 aufgebrachten Kraft, d. h. einer Druckkraft.
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Vor Beginn einer Fahrt mit dem Kraftfahrzeug 17 werden in einer Kalibrierphase der Pedalwertgeberanordnung 1 in verschiedenen Stellungen des Fahrpedales 2 die von dem Fuß 15 auf das Fahrpedal 2 aufgebrachten Gewichtskräfte erfasst. Hierzu bewegt der Fahrer mit Hilfe des Fußes 15 das Fahrpedal 2 zunächst in verschiedenen Stellungen des Fahrpedales 2 und anschließend wird in einer unbewegten Ruhestellung des Fahrpedales 2 von dem Fahrer der Muskelapparat an dem Fuß des Fußes 15 nicht betätigt und dadurch liegt der Fuß 15 im Wesentlichen ausschließlich mit seiner Gewichtskraft auf dem Fahrpedal 2 auf. In 1 sind diese Messpunkte M in der Kalibrierphase dargestellt, und in den Messpunkten M in den verschiedenen Stellungen des Fahrpedales 2 ist die ermittelte Kraft, nämlich der Druckkraft des Fußes 15 auf dem Fahrpedal 2, welche mit dem Kraftsensor 14 gemessen wird, in 1 dargestellt. Nach der Erfassung von verschiedenen Messpunkten M in der Kalibrierphase werden die nicht erfassten Zwischenstellungen interpoliert (strichlierte Linie), z. B. linear interpoliert oder mit Hilfe von Kurven interpoliert.
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In 1 ist ferner das Kraft-Weg-Diagramm in der oberen durchgezogenen Linie für eine Bewegung des Fahrpedales 2 von der Ausgangsstellung zu der Endstellung dargestellt und in der unteren durchgezogenen Linie für eine Bewegung des Fahrpedales 2 von der Endstellung in die Ausgangsstellung dargestellt. Dabei ist die Summe der insgesamt auf das Fahrpedal 2 aufgebrachten Rückstellkräfte bei einer Bewegung des Fahrpedales von der Ausgangsstellung in die Endstellung größer als bei einer Bewegung des Fahrpedales 2 von der Endstellung in die Ausgangsstellung. Dies wird dadurch erreicht, dass aus der in 1 dargestellten strichlierten Linie, welche interpolierend zwischen den Messpunkten M ermittelt wurde, bei einer Bewegung des Fahrpedales 2 von der Ausgangsstellung in die Endstellung bezüglich der strichlierten Linie eine zusätzliche Rückstellkraft aufaddiert wurde und bei einer Bewegung des Fahrpedales 2 von der Endstellung in die Ausgangsstellung bezüglich der strichlierten Linie ein Kraftbetrag subtrahiert wurde. Dadurch ergibt sich eine Hysterese H zwischen einer Bewegung des Fahrpedales von der Ausgangsstellung in die Endstellung und von der Endstellung in die Ausgangsstellung jeweils für einen Drehwinkel α des Fahrpedales 2. Die Gewichtskraft des Fußes 15 liegt damit innerhalb der Hysterese H. Auf das Fahrpedal 2 wirkt sowohl die Rückstellkraft der Feder 7 als auch eine Rückstellkraft und vorzugsweise eine Vorstellkraft der Motoreinheit 8. Zur Erreichung der in 1 dargestellte durchgezogenen Linien des Kraftwegdiagrammes wird die Rückstellkraft der Motoreinheit 8 dahingehend gesteuert oder geregelt, dass die in 1 dargestellten durchgezogenen Linien erreicht werden. Die Motoreinheit 8 bringt somit bei einer Bewegung des Fahrpedales von der Ausgangsstellung in die Endstellung eine größere Kraft als Rückstellkraft auf das Fahrpedal 2 auf als bei einer Bewegung des Fahrpedales von der Endstellung als Drehwinkel αE zu der Ausgangsstellung, nämlich dem Drehwinkel an in der Ausgangsstellung. Die Kalibrierung der Pedalwertgeberanordnung 1 wird vor einem Fahrantritt mit dem Kraftfahrzeug 17 durchgeführt und anschließend das Ergebnis in der Steuerungseinheit 16 gespeichert. Für verschiedene Fahrer des Kraftfahrzeuges 1 können auch unterschiedliche Kraft-Weg-Diagramme gespeichert werden, so dass vor Fahrantritt mit dem Kraftfahrzeug 17 nur noch die entsprechende angepasste Kurve des Kraft-Weg-Diagrammes für den entsprechenden Fahrer auszuwählen ist.
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Bei der Fahrt mit dem Kraftfahrzeug 17 ist somit die auf das Fahrpedal 2 aufgebrachte Rückstellkraft in einer unbewegten Ruhestellung des Fahrpedales 2 ungefähr so groß wie die Gewichtskraft des Fußes 15. Dadurch kann bei längeren Fahrten mit dem Kraftfahrzeug 17, insbesondere mit einer konstanten Geschwindigkeit und einer damit verbundenen konstanten Stellung des Fahrpedales 2, der Muskelapparat des Fahrers des Kraftfahrzeuges 17 geschont und dadurch eine Ermüdung des Fußes 15 sowie Muskelkrämpfe vermieden werden.
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Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Pedalwertgeberanordnung 1 wesentliche Vorteile verbunden. In einer Kalibrierphase der Pedalwertgeberanordnung 1 werden in verschiedenen Stellungen des Fahrpedales 2 die auf das Fahrpedal 2 wirkenden Gewichtskräfte mit Hilfe des Kraftsensors 14 erfasst und anschließend während der Fahrt mit dem Kraftfahrzeug 17 die Pedalwertgeberanordnung 1 so gesteuert, dass die insgesamt auf das Fahrpedal 2 wirkenden Rückstellkräfte der Gewichtskraft des Fußes 15 des Fahrers entspricht und somit bei längeren Fahrten mit konstanter Stellung des Fahrpedales 2 der Muskelapparat des Fußes 15 geschont werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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