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Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugpedalanordnung, ein Kraftfahrzeug, in dem die Kraftfahrzeugpedalanordnung vorliegt und ein Einstellverfahren für diese.
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Im Interieur heutiger Kraftfahrzeuge sind viele Einstellmöglichkeiten vorhanden, die die Ergonomie des Fahrers betreffen. So ist beispielsweise die Sitzstellung hinsichtlich Lehnenwinkel, Abstand zum Lenkrad, Neigung der Sitzfläche, Länge der Sitzfläche und hinsichtlich noch weiterer Parametern einstellbar. Auch das Lenkrad ist meist bezüglich seiner Ausfahrposition und/oder Höhe verstellbar. Es gibt jedoch Menschen mit Körpermaßen, die vom Durchschnitt abweichen, so dass es für diese Menschen häufig auch mit den bekannten Einstellmöglichkeiten nicht möglich ist, eine hinreichend ergonomische Haltung im Kraftfahrzeug einzunehmen.
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Darüber hinaus können die üblicherweise vorliegenden Rückstellkräfte von Fahrzeugpedalen gerade bei längeren Fahrten den Fuß oder das Bein ermüden, da die Rückstellkraft dauerhaft und gleichbleibend hoch ist. Ein Tempomat, dessen Nutzung den Fuß oder das Bein entlastet, ist jedoch nicht für alle Situationen geeignet. Im Zuge der Umstellung der Kraftfahrzeug-Bedienung von vollmechanischem bzw. teilmechanischem Betrieb auf „Drive-by-Wire”-Betrieb wurden Lösungen entwickelt, die es ermöglichen, die Rückstellkräfte von Fahrpedalen einzustellen. Da – bedingt durch den „Drive-by-Wire”-Ansatz – keine mechanische Kopplung von Fahrpedal und fahraktivem Stellglied mehr besteht, bekommt der Fahrer eine Rückmeldung durch eine am Fahrpedal vorliegende Rückstelleinrichtung (Force-Feedback).
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Fahrpedale mit Force-Feedback sind dem Fachmann bekannt.
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So beschreibt die
DE 10 2009 021 585 A1 ein Pedalsystem für ein Kraftfahrzeug. Es handelt sich um ein Drive-by-Wire Pedalsystem, das neben den Pedalsensoren ein Force-Feedback-System aufweist. Die Gegenkraft wird dort durch einen Elektromotor aufgebracht, der über eine Exzenterscheibe mit dem Pedal gekoppelt ist. Sowohl der Elektromotor als auch das Pedal weisen voneinander unabhängige Rückholfedern auf. Die vom Elektromotor zu erzeugende Gegenkraft kann dort in Form von verschiedenen Kennlinien in einem Steuergerät hinterlegt sein, mit dem der Elektromotor operativ gekoppelt ist.
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Darüber hinaus beschreibt die
DE 198 41 335 A1 ein Verfahren zur Erkennung eines Bremswunsches bei einer Brake-by-Wire Bremsanlage. Zur Durchführung des Verfahrens werden ein Bremspedal, eine Pedalmechanik, eine Pedalsensorik, eine elektronische Auswerteeinheit und Radbremsmodule eingesetzt. Dort kommen mindestens zwei Messeinrichtungen am Bremspedal zum Einsatz, die nach dem Redundanz-Prinzip dieselbe für eine Bremspedalbetätigung relevante Größe messen. Aus den Messgrößen wird dann eine Sekundärgröße, die der Überwachung der Pedalmechanik und/oder -sensorik dient, abgeleitet.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftfahrzeugpedalanordnung bereitzustellen, die für einen Benutzer ergonomisch besser nutzbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine verstellbare Kraftfahrzeugpedalanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Ferner ergibt sich die Aufgabe, ein Kraftfahrzeug mit solchen Bedienpedalen zu schaffen, so dass auch Personen mit Körpermaßen, die von der Norm abweichen, das Fahrzeug ergonomisch optimiert nutzen können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit einer Pedalanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
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Ferner ergibt sich die Aufgabe, ein Einstellverfahren für Kraftfahrzeugpedalanordnungen zu schaffen, das es ermöglicht, längere Fahrten auch ohne Tempomat möglichst ermüdungsarm durchzuführen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Einstellverfahren eines Fahrpedals mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
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Weiterbildungen der Vorrichtungen und des Verfahrens sind jeweils in den Unteransprüchen ausgeführt.
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Eine erste Ausführungsform der verstellbaren Kraftfahrzeugpedalanordnung umfasst eine oder mehrere Verstellvorrichtungen und ein Pedal mit einem Pedalhebel, mit dem eine Pedalfläche verbunden ist. Der Pedalhebel ist so ausgeführt, dass er nach seiner Montage in einem Kraftfahrzeug angelenkt vorliegt und aus einer Ruhelage um eine Betätigungsachse geschwenkt werden kann. Die Verstellvorrichtung ist operativ mit dem Pedalhebel zur Verstellung des Pedals in Bezug auf wenigstens eine Wirkrichtung gekoppelt. Zusätzlich oder alternativ beeinflusst die Verstellvorrichtung das Ansprechverhalten des Pedals. Die Kraftfahrzeugpedalanordnung umfasst ferner eine Sperrvorrichtung, die so am Pedal angeordnet ist, dass dieses in Wirkrichtung gesperrt und so in seiner eingestellten Position gehalten werden kann.
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Mit ,Betätigungsachse' ist hier die Schwenkachse des Pedals gemeint, um die das Pedal zum Bedienen einer Kraftfahrzeugfunktion geschwenkt wird. Die ,Ruhelage' ist die Lage des Pedals, in der die Kraftfahrzeugfunktion gerade nicht bedient wird, d. h., in ihrem Ruhezustand ist. Mit „Verstellung” ist hier gerade nicht das Schwenken des Pedals um die Betätigungsachse gemeint, sondern vielmehr das translatorische bzw. rotatorische Verändern der Pedalposition, um beispielsweise eine verbesserte Anpassung des Abstands und/oder Winkels zu einem Fahrerplatz, respektive zu einem Fahrerfuß zu ermöglichen, unter der Prämisse, die Pedalanordnung sei in einem Fahrzeug verbaut. Die ,Wirkrichtung' kann dabei eine beliebige Raumrichtung oder auch eine Richtung, die sich aus der Kombination mehrerer Raumrichtungen ergibt, sein.
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Die Sperrvorrichtung im Sinne der Erfindung ist dazu geeignet, eine Bewegung des Pedals in der Wirkrichtung zu unterbinden, sodass es sich bei Betätigung nicht unbeabsichtigt verschiebt bzw. verstellt.
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Mit ,Ansprechverhalten' des Pedals ist hier eine im Hinblick auf einen vorgegebenen Betätigungsweg abgeleitete Reaktionskraft des Pedals bzw. deren Verlauf über einen bestimmten Betätigungsweg-Bereich gemeint. Ferner kann das Ansprechverhalten auch ein Übersetzungsverhältnis des Pedals bezeichnen, d. h., eine Größe, die sich mit der Einheit „Pedalstellungsänderung pro Kraftfahrzeugfunktionsänderung” ausdrücken ließe.
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Die Verstellbarkeit der Pedalanordnung in Bezug zur Wirkrichtung ermöglicht es also, die Pedalanordnung ergonomischer als bisher an die Bedürfnisse eines Benutzers anzupassen, der eben auch größer oder kleiner oder mit längeren oder kürzeren Beinen, mit größeren oder kleineren Füßen als der Durchschnitt ausgestattet ist.
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Als Ergänzung zu bekannten Einstellmöglichkeiten in einem Kraftfahrzeug, wie etwa der Sitz- und/oder Lenkradverstellung, ergibt sich eine sogar noch größere Anpassbarkeit, da es erfindungsgemäß auch möglich ist, dass das Pedal nicht in nur einer, sondern in mehreren Wirkrichtungen verstellbar ist, die auch kinematisch unabhängig voneinander sein können. Die Verstellung des Pedals in der Wirkrichtung kann nach Lösen der Sperreinrichtung beispielweise durch manuelles Verschieben erfolgen. Die Sperreinrichtung kann dabei einen Werkzeugeingriff aufweisen, der nur mit einem Spezialschlüssel zu bedienen ist, um so unbeabsichtigtem oder unbefugtem Verstellen vorzubeugen. Es ist zudem auch möglich, dass das Betätigen der Verstelleinrichtung über einen ähnlich ausgebildeten Spezialschlüssel erfolgt, wobei hier ein Getriebe mit einem geeigneten Untersetzungsverhältnis eine genaue Einstellung der Position in Wirkrichtung ermöglicht.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Verstellvorrichtung eine erste Aktoreinheit zur Verstellung des Pedals in der wenigstens einen Wirkrichtung aufweisen. Die erste Aktoreinheit kann dabei bevorzugt eine elektromechanische Aktoreinheit sein.
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Es ist dabei möglich, dass die Verstellvorrichtung die erste Aktoreinheit aufweist, d. h., auch mehr als eine Aktoreinheit aufweisen kann, oder, dass die Verstellvorrichtung die Aktoreinheit selbst ist. Bei der Aktoreinheit kann es sich beispielsweise um hydraulische-, pneumatische-, insbesondere vakuumbetriebene-, und/oder elektrische Aktoreinheiten, beispielsweise Elektromotoren oder magnetische Stellglieder mit nur zwei Zuständen, handeln. Der Pedalhebel kann in der wenigstens einen Wirkrichtung in einer geeigneten Führungseinrichtung, beispielsweise einer Linearführung wie einem Langloch oder in einer wälzgelagerten Linearführung, geführt sein.
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In einer noch weiteren Ausführungsform weist die Verstellvorrichtung eine zweite Aktoreinheit auf, die als Rückstelleinrichtung mit einer vorbestimmten Kraft-Auslenkungs-Kennlinie ausgebildet ist und eine Rückstellkraft bezüglich der Betätigungsachse auf den Pedalhebel ausübt.
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Die Rückstellkraft ist als eine Reaktionskraft, die bei einer Betätigung des Pedals anfängt zu wirken, aufzufassen. Die Kraft-Auslenkungs-Kennlinie kann nach geeignet erscheinenden Kriterien festgelegt werden, wobei diese nicht linear sein muss, sondern auch einen progressiven oder degressiven Verlauf aufweisen kann.
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Darüber hinaus kann erfindungsgemäß das Ansprechverhalten der Pedalanordnung einstellbar sein, bevorzugt über eine Kraft-Auslenkungs-Kennlinie der zweiten Aktoreinheit. Die zweite Aktoreinheit kann bevorzugt eine Feder, deren Vorspannung bevorzugt mittels einer Stellschraube einstellbar ist, oder ein elektromechanisches Stellglied sein.
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Das elektromechanische Stellglied ermöglicht es dabei das Ansprechverhalten des Pedals an Bord und während des Betriebs eines Kraftfahrzeugs einzustellen. Es können ferner die Parameter weiterer Fahrassistenz-Systeme bei der Ermittlung des Ansprechverhaltens herangezogen werden, so etwa Parameter der Umwelterkennung und/oder der Verkehrszeichenerkennung.
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Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass an dem Pedal einer oder mehrere Sensoren angeordnet ist/sind, der bzw. die Kraftsensor(en) zum Erfassen einer Pedal-Betätigungskraft und/oder Beschleunigungssensor(en) zum Erfassen einer Pedal-Betätigungsgeschwindigkeit und/oder Wegsensor(en) bzw. Winkelsensor(en) zum Erfassen der Pedal-Winkelstellung sein kann/können.
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Es können dabei bekannte Sensorbauarten zu Einsatz kommen. So kann der Kraftsensor beispielsweise auf Dehnmessstreifen oder auf dem piezoresistiven Prinzip beruhen, während es sich bei dem Wegsensor um einen induktiven oder kapazitiven Wegsensor oder um einen optischen oder magnetischen Inkrementalgeber handeln kann. Der Beschleunigungssensor muss nicht zwangsläufig als separater Sensor ausgeführt sein, vielmehr kann die Pedal-Betätigungsgeschwindigkeit auch durch Ableitung der Messwerte des Wegsensors ermittelt werden. Die Aufzählung der Sensorbauarten ist jedoch nicht als abschließend zu betrachten, vielmehr können im Sinne der Erfindung jegliche dem Fachmann geeignet erscheinende Sensorbauarten verwendet werden.
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Eine erste Ausführungsform des Kraftfahrzeugs weist zumindest eine erfindungsgemäße verstellbare Kraftfahrzeugpedalanordnung auf, mit der zumindest eine Kraftfahrzeugfunktion bedienbar ist. Die wenigstens eine Wirkrichtung der Verstellvorrichtung der Kraftfahrzeugpedalanordnung ist die Fahrzeuglängsrichtung.
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Bei der Kraftfahrzeugfunktion kann es sich um die Motorsteuerung, die Steuerung der Kraftübertragung oder die Bedienung eines oder mehrerer Bremssysteme handeln. Durch Verstellung des Pedals in der Fahrzeuglängsrichtung kann der Abstand zwischen dem Fahrerplatz und dem Pedal unter Beibehaltung des Abstands zum Lenkrad verstellt werden, was bisher nicht möglich war. Das Kraftfahrzeug kann ein PKW, NKZ oder auch eine mobile Arbeitsmaschine sein. insbesondere in professionell genutzten Kraftfahrzeugen, in denen die Bediener häufig einen nicht unerheblichen Teil ihrer Lebenszeit verbringen, ist eine Anpassung der Kraftfahrzeugpedalanordnung nach ergonomischen Gesichtspunkten wichtig und wird durch das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ermöglicht. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann folglich auch von Personen mit nicht normkonformen Körpermaßen ergonomisch und ermüdungsarm bedient werden.
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Ferner kann es sich bei der Wirkrichtung um eine Pedalneigung in der Ruhelage und/oder eine Pedalhöhe und/oder die Fahrzeugquerrichtung handeln.
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Dadurch wird eine nochmals erweiterte Anpassbarkeit der Kraftfahrzeugpedalanordnung erreicht. So können beispielsweise auch Personen mit beschränkter Bewegungsfreiheit des Knöchels und/oder mit einer Fehlstellung des Fußes ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug bedienen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Kraftfahrzeug zumindest eine Bedieneinrichtung aufweisen, die operativ zumindest mit der ersten Aktoreinheit der Kraftfahrzeugpedalanordnung gekoppelt sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann das Kraftfahrzeug mindestens eine Datenverarbeitungseinheit mit wenigstens einem Eingang und wenigstens einem Ausgang aufweisen. Der zumindest eine Sensor der Kraftfahrzeugpedalanordnung kann dabei mit dem zumindest einen Eingang und die zweite Aktoreinheit der Kraftfahrzeugpedalanordnung mit dem zumindest einen Ausgang operativ verbunden sein.
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Bei der Bedieneinrichtung kann es sich um einen einfachen Taster oder Schalter handeln, der zur Auslösung der Pedalverstellung in Wirkrichtung operativ mit der ersten Aktoreinheit verbunden ist. Die Bedieneinheit kann jedoch auch in vorhandene Bedienkonzepte, beispielsweise in eine Head-Unit, die durch einen Dreh-Drück-Regler bedient werden kann, integriert sein. Zur Bedienung der Head-Unit können jedoch auch alternative Eingabemittel, beispielsweise Sprachen oder Gesten, verwendet werden. Die Bedieneinheit muss nicht immer elektrisch sein; handelt es sich um eine pneumatische bzw. hydraulische erste Aktoreinheit, so kann es sich dabei auch um ein Ventil handeln. Die Datenverarbeitungseinheit kann als eigenständiges Steuergerät ausgeführt sein, oder kann auf von der Head-Unit zur Verfügung gestellte Rechenkapazität zugreifen.
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Das Einstellverfahren an der Kraftfahrzeugpedalanordnung wird in einem Kraftfahrzeug ausgeführt. Es umfasst die Schritte:
- a) Betätigen des Pedals mit einer vorbestimmten Pedal-Betätigungskraft,
- b) Messen zumindest der Pedal-Betätigungskraft und einer Pedal-Winkelstellung durch den zumindest einen Sensor,
- c) mit der Datenverarbeitungseinheit Bereitstellen der Messwerte aus b) und Ermitteln einer Pedalbetätigungszeit,
- d) nach Überschreiten einer vorbestimmten Schwell-Pedalbetätigungszeit Verarbeiten der Messwerte aus b) in der Datenverarbeitungseinheit und Bestimmen eines vorbestimmten Ausgangssignals für die zweite Aktoreinheit, so dass eine Rückstellkraft der zweiten Aktoreinheit der Pedal-Betätigungskraft entspricht und die Pedal-Winkelstellung konstant bleibt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es also, die Pedalstellung bei längeren Fahrten konstant zu halten, d. h., ein Signal zur Bedienung einer Kraftfahrzeugfunktion konstant zu halten, auch wenn die Pedal-Betätigungskraft nur noch vermindert auf das Pedal einwirkt. Ein Benutzer wird also bei längeren Fahrten entlastet, da er auch ohne Aktivierung des Tempomats seine Beinmuskulatur entspannen kann. Er ermüdet weniger schnell und kann sich besser auf das Verkehrsgeschehen konzentrieren. Dies ist eine bedeutsame Komfortsteigerung, gerade für berufliche Fahrer.
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In einer weiteren Ausführungsform können nach dem Schritt d) die Schritte
- e) fortwährend und in vorbestimmten Zeitabständen Messen zumindest der Pedal-Betätigungskraft und der Pedal-Winkelstellung durch den zumindest einen Sensor und Vergleichen der zeitabhängigen Messwerte mit vorbestimmten Kriterien durch die Datenverarbeitungseinheit und
- f) bei Überschreiten einer vorbestimmten Änderung der Messwerte zumindest zweier aufeinanderfolgender Zeitpunkte, Abbrechen des Verfahrens, ausgeführt werden.
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Diese Ausführungsform des Verfahrens soll es ermöglichen, die von der zweiten Aktoreinheit nach Überschreiten der vorbestimmten Schwell-Betätigungszeit aufgebrachte Rückstellkraft dann wieder zu lösen, wenn der Fahrer einen manuellen Eingriff vornimmt. Will dieser beispielsweise in einer Gefahrensituation eine Fahrzeugfunktion schnell mit dem gewohnten „Pedalgefühl” bedienen, ist es notwendig, dass die Rückstellkraft gelöst wird, da sich ansonsten die Gefahr einer Fehlbedienung ergibt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009021585 A1 [0005]
- DE 19841335 A1 [0006]