DE102011088301A1

DE102011088301A1 - Haptic accelerator pedal with DC motor operated actuator and method for controlling a haptic accelerator pedal

Info

Publication number: DE102011088301A1
Application number: DE201110088301
Authority: DE
Inventors: Jan Wietse Balkema; Udo Sieber; Daniel Henning
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2013-06-13
Also published as: JP6073361B2; WO2013087267A1; JP2015500175A; EP2790949A1; KR20140101766A

Abstract

Es wird ein haptisches Fahrpedal (11) für ein Kraftfahrzeug (1) sowie ein Verfahren zum Steuern eines haptischen Fahrpedals (11) vorgeschlagen. Ein Pedalelement (5) wird von einem Aktuator (13), der über ein durch einen Motor (23) verlagerbares Betätigungselement (27) mit dem Pedalelement (5) zusammenwirken kann, mit einer Kraft entgegen einer Betätigungsrichtung (7) beaufschlagt. Als Motor (23) wird hierbei ein Gleichstrommotor eingesetzt, der über ein Getriebe (25) mit dem Betätigungselement (27) gekoppelt ist. Mit Hilfe des Gleichstrommotors und des Getriebes können hohe Kräfte bei gleichzeitig kleiner Bauweise und geringen Material- und Herstellungskosten erreicht werden. Der Aktuator (13) des haptischen Fahrpedals (11) kann über eine Steuerung (3) derart angesteuert werden, dass außerhalb einer Signalphase, in der eine Gegenkraft auf das Pedalelement (5) ausgeübt werden soll, eine Wirkverbindung zwischen dem Pedalelement (5) und dem Aktuator (13) getrennt wird. Vorzugsweise wird der Aktuator (13) dann in eine Ruhelage verfahren, wo er ohne Energiebedarf warten kann, bis er kurz vor einer nächsten Signalphase in eine Wartelage verfahren wird, in der er schnell wieder mit dem Pedalelement in Eingriff kommen kann und so das haptisch wahrnehmbare Signal kurzfristig erzeugt werden kann. Auf diese Weise können ein geringer Energieverbrauch und eine kurze Reaktionszeit miteinander kombiniert werden.A haptic accelerator pedal (11) for a motor vehicle (1) and a method for controlling a haptic accelerator pedal (11) are proposed. A pedal element (5) is acted on by an actuator (13), which can interact with the pedal element (5) via an actuating element (27) displaceable by a motor (23), with a force against an actuation direction (7). As a motor (23) in this case a DC motor is used, which is coupled via a transmission (25) with the actuating element (27). With the help of the DC motor and the gearbox high forces can be achieved at the same time small size and low material and manufacturing costs. The actuator (13) of the haptic accelerator pedal (11) can be controlled via a controller (3) such that outside a signal phase in which a counterforce is to be exerted on the pedal element (5), an operative connection between the pedal element (5) and the actuator (13) is disconnected. Preferably, the actuator (13) is then moved to a rest position where it can wait without energy until it is moved shortly before a next signal phase in a waiting position in which he can quickly get back into engagement with the pedal element and so the haptic perceptible Signal can be generated at short notice. In this way, a low energy consumption and a short reaction time can be combined.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein haptisches Fahrpedal in einem Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Steuern eines haptischen Fahrpedals. Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechend ausgebildete Steuerung und ein Computerprogrammprodukt, das bei Ausführung auf einem programmierbaren Steuergerät das erfindungsgemäße Verfahren ausführen soll, sowie ein computerlesbares Medium, auf dem ein solches Computerprogrammprodukt gespeichert ist.The present invention relates to a haptic accelerator pedal in a motor vehicle and to a method for controlling a haptic accelerator pedal. The invention further relates to a correspondingly formed controller and a computer program product which, when executed on a programmable controller, is to execute the method according to the invention, as well as a computer-readable medium on which such a computer program product is stored.

Stand der TechnikState of the art

In modernen Kraftfahrzeugen wird der Fahrer durch eine Vielzahl von zur Verfügung gestellten Informationen beim Führen des Fahrzeugs unterstützt. Beispielsweise kann es hilfreich sein, dem Fahrer Rückmeldungen über bestimmte Fahrzustände in Form von Signalen zu geben, um die Sicherheit beim Fahren oder den Komfort des Fahrers erhöhen zu können oder um Treibstoff einsparen zu können. Diese Rückmeldungen können auf verschiedene Weise wie zum Beispiel optisch oder akustisch bereitgestellt werden.In modern motor vehicles, the driver is supported by a variety of information provided while driving the vehicle. For example, it may be helpful to give the driver feedback about certain driving conditions in the form of signals in order to increase the safety when driving or the comfort of the driver or to save fuel. These feedbacks can be provided in various ways, such as optically or acoustically.

In modernen Fahrzeugen werden zusätzlich auch Möglichkeiten der haptischen Rückmeldung an den Fahrer über das Fahrpedal des Fahrzeugs implementiert. Das Fahrpedal ist hierzu mit einem Aktuator ausgestattet, der es ermöglicht, das Fahrpedal gezielt mit einer Kraft zu beaufschlagen. Beispielsweise kann das Fahrpedal während einer Signalphase mit Hilfe einer von dem Aktuator erzeugten variierenden Kraft in Schwingungen versetzt werden, die von dem Fahrer als Vibrationen oder Pulsationen über seinen auf dem Fahrpedal ruhenden Fuß haptisch wahrgenommen werden können. Alternativ kann der Aktuator eine Gegenkraft auf das Fahrpedal ausüben, die ein Niederdrücken des Fahrpedals beispielsweise ab einer bestimmten Pedalstellung erschwert, um so einen haptische wahrnehmbaren variablen Druckpunkt darzustellen. In modern vehicles, additional possibilities of haptic feedback to the driver via the accelerator pedal of the vehicle are implemented. The accelerator pedal is equipped for this purpose with an actuator, which makes it possible to apply the accelerator pedal specifically with a force. For example, the accelerator pedal during a signal phase with the aid of a varying force generated by the actuator can be vibrated, which can be perceived by the driver as vibrations or pulsations on his resting on the accelerator pedal foot tactile. Alternatively, the actuator can exert a counterforce on the accelerator pedal, which makes it difficult to depress the accelerator pedal, for example from a certain pedal position, so as to represent a haptic perceptible variable pressure point.

Auf diese Weise können dem Fahrer durch dessen haptische Wahrnehmung Hinweise und Warnungen mitgeteilt oder auch Komfortfunktionen bereitgestellt werden, ohne dass dieser durch optische oder akustische Signale beispielsweise vom Beobachten des Verkehrs abgelenkt würde.In this way, the driver can be informed by the haptic perception hints and warnings or comfort functions are provided without this would be distracted by visual or audible signals, for example, from observing the traffic.

DE 25 55 429 beschreibt ein System zur Erzeugung von taktilen bzw. haptisch wahrnehmbaren Signalen in einem Fahrzeug. DE 25 55 429 describes a system for generating tactile or haptic perceptible signals in a vehicle.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung ermöglicht in ihren Ausführungsformen eine vorteilhafte Ausgestaltung eines haptischen Fahrpedals in einem Kraftfahrzeug sowie ein vorteilhaftes Ansteuern eines haptischen Fahrpedals. Dabei können Gewicht, Baugröße sowie eventuell Kosten für das Fahrpedal aufgrund der strukturellen Ausgestaltung seiner Komponenten im Vergleich zu herkömmlichen haptischen Fahrpedalen gesenkt werden. Außerdem können im Betrieb des haptischen Fahrpedals ein Energieverbrauch sowie eventuell Verschleißerscheinungen gesenkt werden. The present invention allows in their embodiments an advantageous embodiment of a haptic accelerator pedal in a motor vehicle and an advantageous driving a haptic accelerator pedal. In this case, weight, size and possibly costs for the accelerator pedal due to the structural design of its components can be reduced compared to conventional haptic accelerator pedals. In addition, in the operation of the haptic accelerator pedal energy consumption and any signs of wear can be reduced.

Das vorgeschlagene haptische Fahrpedal weist ein Pedalelement sowie einen Aktuator auf. Das Pedalelement kann von einer Ruhestellung aus in einer Betätigungsrichtung hin zu einer maximal betätigten Stellung bewegt werden. Der Aktuator, der über ein durch einen Motor verlagerbares Betätigungselement mit dem Pedalelement zusammenwirken kann, kann über das Betätigungselement eine Kraft entgegen der Betätigungsrichtung auf das Pedalelement ausüben. Der Motor des Aktuators ist hierbei ein Gleichstrommotor und ist über ein Getriebe mit dem Betätigungselement gekoppelt.The proposed haptic accelerator pedal has a pedal element and an actuator. The pedal element can be moved from a rest position in an actuating direction towards a maximum actuated position. The actuator, which can interact with the pedal element via an actuating element displaceable by a motor, can exert a force against the actuating direction on the pedal element via the actuating element. The motor of the actuator here is a DC motor and is coupled via a transmission with the actuator.

Ideen zu dem hier vorgeschlagenen haptischen Fahrpedal können u. a. als auf den folgenden Erkenntnissen beruhend angesehen werden: Um die zur Erzeugung von haptisch wahrnehmbaren Signalen notwendigen hohen Kräfte von beispielsweise 20 bis 100 Newton auf ein Pedalelement eines Fahrpedals übertragen zu können, wurden bei herkömmlichen haptischen Fahrpedalen in der Regel Direktantriebe eingesetzt. Solche als Direktantrieb verwendete Motoren sind im Allgemeinen entweder schwer und benötigen eine große Baugröße oder sind kompakt, benötigen jedoch zur Erzeugung eines hohen Drehmomentes aus kleinem Bauraum spezielle Magneten, beispielsweise aus Seltene-Erde-Materialien. Diese sind jedoch teuer. Außerdem müssen sie mit hohen Stromstärken von beispielsweise mehreren Ampere angesteuert werden. Ideas for the here proposed haptic accelerator pedal u. a. be regarded as based on the following findings: In order to transmit the necessary for the production of haptic perceptible signals high forces of, for example, 20 to 100 Newton on a pedal element of an accelerator pedal, direct drives have been used in conventional haptic accelerator pedals in the rule. Such direct drive motors are generally either heavy and require a large size or are compact, but require special magnets, such as rare earth materials, to produce high torque from a small space. These are expensive. In addition, they must be driven with high currents of, for example, several amps.

Trotz dieser Nachteile wurde bisher davon ausgegangen, dass ausreichend hohe Kräfte in den zur Erzeugung eines haptischen Signals notwendigen kurzen Zeitdauern nur durch Direktantriebe, wie z.B. durch Torquer-Motoren, generiert werden können.Despite these drawbacks, it has heretofore been assumed that sufficiently high forces in the short durations necessary to produce a haptic signal can only be achieved by direct drives, e.g. can be generated by Torquer motors.

Es wird nun vorgeschlagen, den Torquer-Motor durch einen Gleichstrommotor zu ersetzen. Um die nötigen Kräfte zu erzeugen, wird dem Gleichstrommotor ein Getriebe nachgeschaltet, welches wiederum mit einem Betätigungselement gekoppelt ist, das mit dem Pedalelement des Fahrpedals in Wirkverbindung treten und die Kräfte von dem Gleichstrommotor auf das Pedalelement übertragen kann.It is now proposed to replace the Torquer motor by a DC motor. In order to generate the necessary forces, the DC motor, a transmission is connected downstream, which in turn is coupled to an actuating element which is connected to the pedal element of the accelerator pedal in Actively connect and the forces can be transmitted from the DC motor to the pedal element.

Gleichstrommotoren können im Gegensatz z.B. zu Torquer-Motoren Drehmoment uneingeschränkt über dem Drehwinkel der Motorachse erzeugen. Damit ist es für Gleichstrommotoren möglich, mittels eines Zahnradgetriebes und entsprechenden Übersetzungsstufen das Motor-Drehmoment auf wesentlich größere Werte zu bringen. Auf diese Weise kann ein baukleinerer Gleichstrommotor bei signifikant geringerer Stromaufnahme und kleinerem Gewicht das Drehmoment, wie es bisher von einem Torquer Motor erzeugt wurde, bereitstellen.DC motors, in contrast, e.g. to Torquer motors produce torque unrestricted over the rotation angle of the motor axis. This makes it possible for DC motors, by means of a gear transmission and corresponding gear ratios to bring the engine torque to much greater values. In this way, a smaller DC motor with significantly lower power consumption and smaller weight, the torque, as it was previously produced by a Torquer motor provide.

Das Betätigungselement und das Pedalelement sind dabei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass der Aktuator über das Betätigungselement ausschließlich eine Kraft entgegen der Betätigungsrichtung, d. h. entgegen der Richtung, in der das Pedalelement von dem Fahrer aus der Ruhestellung hin zu einer maximal betätigten Stellung niedergedrückt werden kann, auf das Pedalelement ausüben kann. Mit anderen Worten sollen das Betätigungselement und das Pedalelement beispielsweise nur so gekoppelt sein, dass eine Kraft von dem Betätigungselement auf das Pedalelement nur in einer Richtung ausgeübt werden kann, beispielsweise nur als Druck oder alternativ nur als Zug, in der entgegengesetzten Richtung jedoch keine Kraftübertragung möglich ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der Aktuator zwar eine dem Niederdrücken des Pedalelements entgegengerichtete Gegenkraft hin zu der Ruhestellung auf das Pedalelement ausüben kann, das Pedalelement von dem Aktuator jedoch nicht aus seiner Ruhestellung heraus bewegt werden kann.The actuating element and the pedal element are preferably designed such that the actuator via the actuating element only a force against the operating direction, d. H. against the direction in which the pedal member can be depressed by the driver from the rest position to a maximum actuated position, can exert on the pedal element. In other words, for example, the actuating element and the pedal element should only be coupled in such a way that a force can be exerted by the actuating element on the pedal element only in one direction, for example only as pressure or alternatively only as a train, but in the opposite direction no power transmission is possible is. In this way it can be ensured that the actuator can indeed exert a counterforce directed counter to the depression of the pedal element towards the rest position on the pedal element, but the pedal element can not be moved out of its rest position by the actuator.

Um einerseits ausreichend hohe Gegenkräfte auf das Pedalelement ausüben zu können und um andererseits das Betätigungselement schnell verstellen zu können, kann das Getriebe des Aktuators zweistufig ausgebildet sein.On the one hand to be able to exert sufficiently high opposing forces on the pedal element and on the other hand to be able to quickly adjust the actuating element, the transmission of the actuator may be formed in two stages.

Da eine elektrische Stromaufnahme für einen Gleichstrommotor mit Getriebe in einem Aktuator wesentlich geringer sein kann, als für die herkömmlich verwendeten Direkt-Antriebe und damit die verbundene Verlustleistung ebenfalls gering bleiben kann, kann eine zur Ansteuerung des Aktuators verwendete Elektronik einer Steuerung z.B. in einem ohnehin vorhandenen Motorsteuergerät des Kraftfahrzeugs integriert werden. Damit kann ein zusätzliches Steuergerät, das lediglich für die Ansteuerung des haptischen Fahrpedals zuständig ist, überflüssig werden.Since an electrical current consumption for a DC motor with gearbox in an actuator can be substantially lower than for the conventionally used direct drives and thus the associated power loss can also remain low, an electronics used to drive the actuator of a controller, for example. be integrated in an already existing engine control unit of the motor vehicle. Thus, an additional control unit, which is responsible only for the control of the haptic accelerator pedal, become superfluous.

Es wird ferner ein Verfahren zum Steuern eines haptischen Fahrpedals vorgeschlagen. Dabei wird ein Pedalelement während einer Signalphase mit einer von einem Aktuator erzeugten Gegenkraft beaufschlagt. Die Gegenkraft wirkt dabei entgegen einer Betätigungsrichtung, in der das Pedalelement von einer Nullstellung aus hin zu einer maximal betätigten Stellung bewegt werden kann. Außerhalb der Signalphase wird der Aktuator dabei derart angesteuert, dass eine Wirkverbindung zwischen dem Pedalelement und dem Aktuator getrennt wird.A method for controlling a haptic accelerator pedal is also proposed. In this case, a pedal element is acted upon during a signal phase with an opposing force generated by an actuator. The counterforce acts counter to an actuation direction in which the pedal element can be moved from a zero position to a maximum actuated position. Outside the signal phase, the actuator is driven in such a way that an operative connection between the pedal element and the actuator is disconnected.

Mit anderen Worten können das Pedalelement und der Aktuator derart ausgelegt und angeordnet sein, dass es zumindest bei Betätigung des Aktuators in eine bestimmte Richtung zu einer Trennung einer Wirkverbindung zwischen dem Aktuator und dem Pedalelement kommt, während bei Betätigung des Aktuators in die andere Richtung eine solche Wirkverbindung hergestellt oder beibehalten werden kann und somit eine Kraft von dem Aktuator auf das Pedalelement übertragen werden kann. In other words, the pedal element and the actuator can be designed and arranged such that, at least when the actuator is actuated in a certain direction, a separation of an operative connection between the actuator and the pedal element occurs, whereas when the actuator is actuated in the other direction Active connection can be made or maintained and thus a force can be transmitted from the actuator to the pedal element.

Es wird dabei nun vorgeschlagen, den Aktuator derart anzusteuern, dass die Wirkverbindung zwischen dem Pedalelement und dem Aktuator im Wesentlichen nur während der eigentlichen Signalphase, in der die Gegenkraft zum Erzeugen des haptisch wahrnehmbaren Signals auf das Pedalelement ausgeübt werden soll, hergestellt wird. Außerhalb der Signalphase soll der Aktuator von dem Pedalelement getrennt sein und dieses nicht direkt beeinflussen können. Dadurch kann erreicht werden, dass sich das haptische Fahrpedal außerhalb einer Signalphase wie ein herkömmliches Fahrpedal verhalten kann, ohne dass ein Fahrer haptisch Einflüsse durch einen mit dem Pedalelement gekoppelten Aktuator spüren kann. Außerdem kann ein Energieverbrauch des Aktuators gering gehalten werden, da außerhalb der Signalphasen lediglich kurzzeitig Energie benötigt wird, um den Aktuator von dem Pedalelement zu trennen, und anschließend der Aktuator ohne weiteren Energieaufwand ruhen kann.It is now proposed to control the actuator such that the operative connection between the pedal element and the actuator essentially only during the actual signal phase in which the counterforce for generating the haptic perceptible signal is to be exerted on the pedal element, is produced. Outside the signal phase, the actuator should be disconnected from the pedal element and not be able to directly influence it. It can thereby be achieved that the haptic accelerator pedal can behave outside a signal phase like a conventional accelerator pedal, without a driver being able to feel haptically influences by an actuator coupled to the pedal element. In addition, power consumption of the actuator can be kept low, since outside the signal phases only briefly energy is needed to disconnect the actuator of the pedal element, and then the actuator can rest without further energy.

Der Aktuator kann nach einer Signalphase derart angesteuert werden, dass er eine Ruhelage einnimmt, in der für keine der von dem Pedalelement einnehmbaren Positionen eine Wirkverbindung zwischen dem Pedalelement und dem Aktuator auftritt. After a signal phase, the actuator can be triggered in such a way that it assumes a rest position in which no operative connection between the pedal element and the actuator occurs for any of the positions that can be taken up by the pedal element.

Mit anderen Worten kann das Betätigungselement des Aktuators im Anschluss an eine Signalphase in eine Position verfahren werden, in der es nicht mit dem Pedalelement zusammenwirkt, unabhängig davon, welche Lage das Pedalelement einnimmt. Der Aktuator braucht dabei lediglich einmalig nach Abschluss der Signalphase in die Ruhelage verfahren werden und kann dort ohne weiteren Energiebedarf verharren, bis eine neue Signalphase beginnen soll und der Aktuator wieder in Wirkverbindung mit dem Pedalelement treten soll.In other words, the actuator of the actuator can be moved following a signal phase in a position in which it does not interact with the pedal element, regardless of which position the pedal element occupies. The actuator needs to be moved only once after completion of the signal phase in the rest position and can remain there without further energy requirements until a new signal phase should begin and the actuator should again be in operative connection with the pedal element.

Der Aktuator kann dabei in einer Vorbereitungsphase vor einer Signalphase derart angesteuert werden, dass er eine Wartelage einnimmt, in der zwar keine Wirkverbindung zwischen dem Pedalelement und dem Aktuator herrscht, von der aus der Aktuator aber kurzfristiger in eine Wirkverbindung mit dem Pedalelement eintreten kann, als dies aus der Ruhelage der Fall wäre. The actuator can in a preparatory phase before a signal phase in such a way be controlled that he occupies a waiting position, in which there is no operative connection between the pedal element and the actuator, but from which the actuator can enter into an operative connection with the pedal element for a short time, as would be the case from the rest position.

Die Wartelage kann dabei beispielsweise so gewählt sein, dass das Betätigungselement des Aktuators dem Pedalelement näher liegt, als dies in der Ruhelage der Fall ist und somit schneller in einen mechanischen Eingriff mit dem Pedalelement verfahren werden kann. Eine den Aktuator steuernde Steuerung kann dabei z. B. feststellen, dass in naher Zukunft, beispielsweise innerhalb der nachfolgenden 200 Millisekunden, ein haptisch wahrnehmbares Signal erzeugt werden soll und in Vorbereitung der Erzeugung dieses Signals den Aktuator bereits in die Wartelage verlagern, um dann möglichst kurzfristig die Wirkverbindung zwischen dem Aktuator und dem Pedalelement bewirken zu können.The waiting position can be chosen, for example, so that the actuating element of the actuator is closer to the pedal element, as is the case in the rest position and thus can be moved faster into mechanical engagement with the pedal element. A controller controlling the controller can be z. B. notice that in the near future, for example, within the subsequent 200 milliseconds, a haptic perceptible signal to be generated and in preparation for the generation of this signal, the actuator already in the waiting position, then as short as possible, the operative connection between the actuator and the pedal element to be able to effect.

Die Wartelage braucht hierbei nicht statisch zu sein, sondern kann einer aktuellen Position des Pedalelements nachgeführt werden. Hierzu kann beispielsweise ein Sensor die aktuelle Position des Pedalelements erfassen und eine geeignete Regelung die Anordnung des Aktuators geeignet der aktuellen Position des Pedalelements nachführen. Die Nachführung kann so geregelt werden, dass während der Vorbereitungsphase noch kein Eingriff zwischen dem Aktuator und dem Pedalelement stattfindet, um störende Einflussfaktoren auf das Fahrpedal auszuschließen, der Aktuator während der Vorbereitungsphase jedoch immer so angeordnet ist, dass sehr kurzfristig, beispielsweise innerhalb weniger Millisekunden, eine Wirkverbindung mit dem Pedalelement hergestellt werden kann und auf diese Weise schnell ein haptisch wahrnehmbares Signal erzeugt werden kann.The waiting position need not be static, but can be tracked a current position of the pedal element. For this purpose, for example, a sensor detect the current position of the pedal element and a suitable control track the arrangement of the actuator suitable for the current position of the pedal element. The tracking can be controlled so that during the preparation phase still no engagement between the actuator and the pedal element takes place to exclude disturbing factors on the accelerator pedal, the actuator during the preparation phase, however, always arranged so that very short, for example within a few milliseconds, an operative connection with the pedal element can be made and in this way a haptic perceptible signal can be generated quickly.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Verfahren und die damit erreichbaren Funktionalitäten und Vorteile können durch eine in einem Fahrzeug vorgesehene Steuerung zum Steuern des haptischen Fahrpedals implementiert werden.The above-described embodiments of methods according to the invention and the functionalities and advantages that can be achieved therewith can be implemented by a controller provided in a vehicle for controlling the haptic accelerator pedal.

Die Steuerung kann dabei dazu ausgelegt sein, über geeignete Schnittstellen Steuersignale an einen in dem Aktuator enthaltenen Antriebsmotor auszugeben. Außerdem kann die Steuerung Schnittstellen aufweisen, um beispielsweise von geeigneten Sensoren Informationen über die aktuelle Position des Aktuators, des Fahrpedals und/oder auf das Fahrpedal ausgeübte Kräfte empfangen zu können. The controller can be designed to output control signals to a drive motor contained in the actuator via suitable interfaces. In addition, the controller may have interfaces in order, for example, to be able to receive information about the current position of the actuator, the accelerator pedal and / or forces exerted on the accelerator pedal by suitable sensors.

Die Steuerung kann das vorgeschlagene Steuerverfahren sowie etwaige Informationsauswertungen von Sensorsignalen in Hardware und/oder in Software implementieren. Es kann vorteilhaft sein, eine programmierbare Steuerung für die Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens zu programmieren. Hierzu kann ein Computerprogrammprodukt computerlesbare Anweisungen aufweisen, die die programmierbare Steuerung dazu anweisen, die Schritte des jeweiligen Verfahrens durchzuführen. Das Computerprogrammprodukt kann auf einem computerlesbaren Medium wie beispielsweise einer CD, einer DVD, einem Flashspeicher, ROM, EPROM oder ähnlichem gespeichert sein. Um die von dem Aktuator zu bewirkende Kraft bzw. dessen Anordnung korrekt ansteuern zu können, kann neben einer Verarbeitung weiterer Sensordaten auch in einer Datenbank oder in Form von Kennlinien gespeicherte Information über eine von dem Aktuator bewirkte Reaktion auf bestimmte Steuerungssignale herangezogen werden. The controller may implement the proposed control method as well as any informational evaluation of sensor signals in hardware and / or in software. It may be advantageous to program a programmable controller for carrying out the method described above. For this purpose, a computer program product may have computer-readable instructions instructing the programmable controller to perform the steps of the respective method. The computer program product may be stored on a computer readable medium such as a CD, a DVD, a flash memory, ROM, EPROM or the like. In order to be able to correctly control the force or its arrangement to be effected by the actuator, in addition to a processing of further sensor data, information stored about a response of the actuator to certain control signals can also be used in a database or in the form of characteristic curves.

Es wird angemerkt, dass mögliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren und teilweise mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes haptisches Fahrpedal oder eine Steuerung beschrieben sind. Ein Fachmann wird erkennen, dass die einzelnen Merkmale in geeigneter Weise miteinander kombiniert oder ausgetauscht werden können, insbesondere von dem haptischen Fahrpedal bzw. der Steuerung auf das Verfahren und umgekehrt übertragen werden können, um auf diese Weise zu weiteren Ausführungsformen und möglicherweise Synergieeffekten zu gelangen.It is noted that possible features and advantages of embodiments of the invention herein are described in part with reference to a method according to the invention and in part with reference to a haptic accelerator pedal or a control according to the invention. A person skilled in the art will recognize that the individual features can be suitably combined or exchanged with one another, in particular can be transferred from the haptic accelerator pedal or the control to the method and vice versa, thus leading to further embodiments and possibly synergy effects.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Weder die Beschreibung noch die Zeichnungen sollen dabei als die Erfindung einschränkend ausgelegt werden. Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. Neither the description nor the drawings are intended to be construed as limiting the invention.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einem Steuergerät zum Ausführen eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 shows a motor vehicle with a control unit for carrying out a method according to an embodiment of the present invention.

2 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung eines zeitlichen Verlaufes der räumlichen Anordnung eines Aktuators relativ zu einem Pedalelement gesteuert gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 FIG. 12 is a graph illustrating a timing of the spatial arrangement of an actuator relative to a pedal element controlled according to an embodiment of the present invention. FIG.

Die Zeichnungen sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.The drawings are only schematic and not to scale.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine Schnittansicht eines Fahrzeugs 1 mit einem haptischen Fahrpedal 11. Durch Niederdrücken eines Pedalelementes 5 kann ein Fahrer einen Motor 17 über einen Seilzug 15 oder über eine mit einem Motorsteuergerät 37 verbundene Leitung (nicht dargestellt) zum Beschleunigen des Fahrzeugs 1 veranlassen. Der Fahrer muss hierzu das Pedalelement 5 in einer Betätigungsrichtung, wie mit dem Pfeil 7 angedeutet, niederdrücken. Ein Positionssensor 21 kann dabei die aktuelle Position bzw. Lage des Pedalelements 5 bestimmen. Eine Feder 19 spannt das Pedalelement 5 entgegen der Betätigungsrichtung 7 hin zu einer Ruhelage vor. 1 shows a sectional view of a vehicle 1 with a haptic accelerator pedal 11 , By depressing a pedal element 5 a driver can get an engine 17 via a cable 15 or via one with an engine control unit 37 connected line (not shown) for accelerating the vehicle 1 cause. The driver must do this the pedal element 5 in an actuating direction, as with the arrow 7 indicated, depress. A position sensor 21 can be the current position or position of the pedal element 5 determine. A feather 19 tenses the pedal element 5 against the direction of actuation 7 towards a rest position.

Das Fahrpedal 11 ist als haptisches Fahrpedal ausgestaltet. Hierzu verfügt das Fahrpedal 11 über einen Aktuator 13, mit Hilfe dessen das Pedalelement 5 in eine gewünschte Richtung entgegen der Betätigungsrichtung 7 bewegt bzw. in diese Richtung mit Kraft beaufschlagt werden kann. Der Aktuator 13 kann hierbei das Pedalelement 5 zu Schwingungen beispielsweise in Form von Vibrationen oder Pulsationen anregen oder einen variablen Druckpunkt generieren.The accelerator pedal 11 is designed as a haptic accelerator pedal. The accelerator pedal has this feature 11 via an actuator 13 , with the help of which the pedal element 5 in a desired direction against the direction of actuation 7 can be moved or acted upon in this direction with force. The actuator 13 this can be the pedal element 5 to excite vibrations, for example in the form of vibrations or pulsations or generate a variable pressure point.

Der Aktuator 13 kann in vorteilhafter Weise mit einem einfachen Gleichstrommotor 23 betrieben werden, der über ein beispielsweise zweistufiges Getriebe 25 mit einer als Betätigungselement 27 dienenden Scheibe gekoppelt ist. Durch Betätigen des Motors 23 kann das Betätigungselement 27, wie durch den Pfeil 33 angedeutet, im oder gegen den Uhrzeigersinn verdreht werden. An dem Betätigungselement 27 ist in einem außerzentrischen Bereich ein Nocken 31 vorgesehen. Dieser Nocken 31 kann mit einem an dem Pedalelement 5 vorgesehenen Stößel 29 zusammenwirken. Hierzu weist der Stößel 29 an seinem zu dem Aktuator 13 gerichteten Ende eine gabelförmige Aufnahme 35 auf, in die der Nocken 31 eingreifen kann, sobald das Betätigungselement 27 in eine entsprechende Position gedreht wurde.The actuator 13 can advantageously with a simple DC motor 23 operated, for example, a two-stage transmission 25 with a as an actuator 27 coupled serving disk is coupled. By actuating the motor 23 can the actuator 27 as by the arrow 33 indicated, be rotated clockwise or counterclockwise. On the actuator 27 is a cam in an off-center area 31 intended. This cam 31 can with one on the pedal element 5 provided ram 29 interact. For this purpose, the plunger 29 at his to the actuator 13 directed end a fork-shaped receptacle 35 on, in which the cam 31 can engage as soon as the actuator 27 was turned into a corresponding position.

Der Aktuator 13 wird von einer Steuerung 3, die in ein Motorsteuergerät 37 integriert ist, gesteuert. Die Steuerung 3 erkennt, wenn einem Fahrer über das Fahrpedal 11 ein haptisch wahrnehmbares Signal übermittelt werden soll, um ihn beispielsweise auf eine Gefahrensituation hinzuweisen oder ihm die Möglichkeit einer Kraftstoff sparenden Fahrweise anzudeuten.The actuator 13 is from a controller 3 in an engine control unit 37 integrated, controlled. The control 3 Detects when a driver over the accelerator pedal 11 a haptic perceptible signal is to be transmitted, for example, to point it to a dangerous situation or to suggest to him the possibility of a fuel-saving driving style.

Eine Funktionsweise der Steuerung 3 wird nachfolgend mit Bezug auf die 2 beschrieben. Die obere Kurve veranschaulicht dabei die zeitabhängige Anordnung des Aktuators bzw. Positionierung von dessen Betätigungselement 27. Die untere Kurve veranschaulicht die zeitabhängige Lage des Pedalelements 5 bzw. von dessen Aufnahme 35 an dem Stößel 29. Das Pedalelement 5 kann sich dabei zwischen einer nicht betätigten Ruhestellung P_min und einer maximal betätigten Stellung P_max bewegen.An operation of the controller 3 will be described below with reference to the 2 described. The upper curve illustrates the time-dependent arrangement of the actuator or positioning of its actuator 27 , The lower curve illustrates the time-dependent position of the pedal element 5 or from its inclusion 35 on the plunger 29 , The pedal element 5 can move between a non-actuated rest position P _min and a maximum actuated position P _max .

Solange kein haptisch wahrnehmbares Signal erzeugt werden soll, steuert das Steuergerät 3 den Aktuator 13 dazu an, in eine Ruhelage P₀ zu fahren und dort zu verweilen. Der Motor 23 wird hierzu lediglich kurzzeitig bestromt, um das Betätigungselement 27 entsprechend zu verdrehen, das heißt, in 1 im Uhrzeigersinn zu drehen, so dass der Nocken 31 in eine Position verfahren wird, wo er nicht mit dem Stößel 29 des Fahrpedals 11 in Kontakt steht. Vorzugsweise wird die Ruhelage P₀ so festgelegt, dass der Nocken 31 nicht mit dem Stößel 29 zusammenwirkt, egal welche Position aktuell von dem Pedalelement 5 angenommen wird. Das heißt, das Pedalelement 5 kann über seinen gesamten Verfahrweg bewegt werden, ohne in Eingriff mit dem in der Ruhelage P₀ angeordneten Aktuator 13 zu kommen. As long as no haptic perceptible signal is to be generated, the controller controls 3 the actuator 13 to go to a rest position P ₀ and stay there. The motor 23 is energized only for a short time to the actuator 27 to twist accordingly, that is, in 1 to turn clockwise, leaving the cam 31 is moved to a position where he does not use the pestle 29 of the accelerator pedal 11 in contact. Preferably, the rest position P ₀ is set so that the cam 31 not with the pestle 29 interacts, no matter which position currently of the pedal element 5 Is accepted. That is, the pedal element 5 can be moved over its entire travel, without engaging with the arranged in the rest position P ₀ actuator 13 get.

Kurz bevor ein haptisch wahrnehmbares Signal erzeugt werden soll, z.B. 100ms vor einem Beginn t_S0 einer Signalphase t_S, steuert die Steuerung 3 den Aktuator 13 während einer Vorbereitungsphase t_V dazu an, in eine Wartelage P_w zu verfahren. In dieser Wartelage P_w wird das Betätigungselement 27 nahe an die Aufnahme 35 des Stößels 29 herangefahren. Vorzugsweise wird dabei die aktuelle Lage des Pedalelements 5 kontinuierlich durch den Pedalsensor 21 ermittelt und das Betätigungselement 27 der sich zeitlich ändernden Position des Pedalelements 5 bzw. der Aufnahme 35 permanent nachgeführt. Die Nachführung kann dabei so eingestellt sein, dass während der Vorbereitungsphase t_V zwar noch keine Wirkverbindung zwischen dem Pedalelement 5 und dem Betätigungselement 27 eintritt, aber ein Abstand zwischen der Aufnahme 35 und dem Betätigungselement 27 klein gehalten wird. Beispielsweise kann der Abstand auf weniger als 5°, vorzugsweise weniger als 2°, bezogen auf eine Winkellage, die sich das Pedalelement 5 bis zu einer Wirkverbindung mit dem Betätigungselement 27 verschieben müsste, begrenzt werden.Just before a haptic perceptible signal is to be generated, eg 100 ms before a start t _{S0 of} a signal phase t _S , the controller controls 3 the actuator 13 During a preparation phase t _V to go to a waiting position P _w . In this waiting position P _w is the actuator 27 close to the picture 35 of the plunger 29 moved up. Preferably, the current position of the pedal element 5 continuously through the pedal sensor 21 determined and the actuator 27 the time-varying position of the pedal element 5 or the recording 35 permanently tracked. The tracking can be adjusted so that during the preparation phase t _V, although no active connection between the pedal element 5 and the actuator 27 occurs, but a distance between the shot 35 and the actuator 27 kept small. For example, the distance to less than 5 °, preferably less than 2 °, based on an angular position, which is the pedal element 5 up to an operative connection with the actuating element 27 would have to be limited.

Erst wenn tatsächlich ein haptisch wahrnehmbares Signal erzeugt werden soll, das heißt, am Beginn t_S0 einer Signalphase t_S, steuert das Steuergerät 3 den Motor 23 entsprechend an, um das Betätigungselement 27 zu verdrehen und den Nocken 31 in mechanischen Kontakt mit dem Stößel 29 zu verfahren. Das Steuergerät 3 kann hierbei die von dem Positionssensor 21 gelieferte Information über die aktuelle Position des Pedalelementes 5 nutzen, um den Aktuator 13 gezielt anzusteuern, um das Betätigungselement 27 an die entsprechende Position zu verdrehen, sodass der Nocken 31 in die gabelförmige Aufnahme 35 eingreift.Only when actually a haptic perceptible signal is to be generated, that is, at the beginning t _S0 a signal phase t _S , controls the controller 3 the engine 23 accordingly, to the actuator 27 to twist and the cam 31 in mechanical contact with the plunger 29 to proceed. The control unit 3 this can be done by the position sensor 21 supplied information about the current position of the pedal element 5 use the actuator 13 targeted to control the actuator 27 to twist to the appropriate position so that the cam 31 in the bifurcated recording 35 intervenes.

Sobald der Aktuator 13 auf diese Weise in Wirkverbindung mit dem Pedalelement 5 gebracht wurde, kann die Erzeugung des haptisch wahrnehmbaren Signals beginnen. Hierzu wird z.B. eine von der Steuerung 3 an den Motor 23 angelegte Steuerspannung derart zeitlich variiert, dass die von dem Motor 23 über das Getriebe 25 und das Betätigungselement 27 letztendlich auf den Stößel 29 und damit auf das Pedalelement 5 ausgeübte Kraft zeitlich variiert und so das Fahrpedal in Schwingungen versetzt.Once the actuator 13 in this way in operative connection with the pedal element 5 has been brought, the generation of the haptic perceptible signal can begin. For this example, one of the controller 3 to the engine 23 applied control voltage varies in time such that the motor 23 over the transmission 25 and the actuator 27 ultimately on the pestle 29 and thus on the pedal element 5 applied force varies over time and so the accelerator pedal vibrated.

Nach dem Ende t_S1 der Signalphase t_S lässt die Steuerung 3 den Aktuator wieder in seine Ruhelage P₀ fahren. Das Pedalelement 5 kann von dem Fahrer, der durch das haptisch wahrnehmbare Signal z.B. dazu angeregt wurde, um Kraftstoff zu sparen vom Gas zu gehen, entlastet werden und kehrt getrieben durch die Feder 19 in seine Ruheposition P_min zurück.After the end t _{S1 of} the signal phase t _S leaves the controller 3 drive the actuator back to its rest position P ₀ . The pedal element 5 can be relieved by the driver who has been stimulated by the haptic perceptible signal, for example to save fuel from the gas, and driven by the spring 19 back to its rest position P _min .

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2555429 [0005]

Claims

Haptic accelerator pedal ( 11 ) for a motor vehicle ( 1 ), comprising: a pedal element ( 5 ), which from a rest position (P _min ) in a direction of actuation ( 7 ) can be moved to a maximum actuated position (P _max ), and an actuator ( 13 ), which is powered by an engine ( 23 ) displaceable actuating element ( 27 ) with the pedal element ( 5 ) and via the actuating element ( 27 ) a force against the direction of actuation ( 7 ) on the pedal element ( 5 ), characterized in that the engine ( 23 ) is a DC motor and via a transmission ( 25 ) with the actuating element ( 27 ) is coupled.

Haptic accelerator pedal according to claim 1, wherein the actuating element ( 27 ) and the pedal element ( 5 ) are configured such that the actuator ( 13 ) via the actuating element ( 27 ) only a force against the direction of actuation ( 7 ) on the pedal element ( 5 ) exercise.

Haptic accelerator pedal according to claim 1 or 2, wherein the transmission ( 25 ) is two-stage.

Method for controlling a haptic accelerator pedal ( 11 ), in which a pedal element ( 5 ) during a signal phase (t _S ) with one of an actuator ( 13 ) counteracting an actuating direction ( 7 ), in which the pedal element ( 5 ) can be moved from a rest position (P _min ) out to a maximum actuated position (P _max ), characterized in that the actuator ( 13 ) is controlled outside the signal phase (t _S ) such that an operative connection between the pedal element ( 5 ) and the actuator ( 13 ) is separated.

Method according to claim 4, wherein the actuator ( 13 ) is driven after the signal phase (t _S ) such that it assumes a rest position (P ₀ ), in which none of the pedal elements ( 5 ) engageable positions an operative connection between the pedal element ( 5 ) and the actuator ( 13 ) occurs.

Method according to claim 4 or 5, wherein the actuator ( 13 ) in a preparatory phase (t _V ) before the signal phase (t _S ) is controlled such that it occupies a waiting position (P _w ), in which no operative connection between the pedal element ( 5 ) and the actuator ( 13 ), but from the actuator ( 13 ) short-term than from the rest position (P ₀ ) an operative connection with the pedal element ( 5 ) can enter.

Method according to claim 6, wherein the waiting position (P _w ) of a current position of the pedal element ( 5 ) is tracked.

Control ( 3 ) for controlling a haptic accelerator pedal ( 11 ) in a motor vehicle ( 1 ), whereby the controller ( 3 ) is adapted to carry out a method according to one of claims 4 to 7.

Motor vehicle ( 1 ) with a haptic accelerator pedal ( 11 ) according to one of claims 1 to 3 and a controller for controlling the engine ( 23 ) of the actuator ( 13 ) of the haptic accelerator pedal ( 11 ).

Motor vehicle ( 1 ) according to claim 9, wherein the controller is a controller ( 3 ) according to claim 8.

Motor vehicle ( 1 ) according to claim 9 or 10, wherein the controller ( 3 ) in an engine control unit ( 37 ) of the motor vehicle ( 1 ) is integrated.

A computer program product comprising computer readable instructions comprising a programmable controller ( 3 ) to perform a method according to any one of claims 4 to 7.

A computer readable medium having a computer program product stored thereon according to claim 12.