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Die Erfindung betrifft eine Pedalvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Pedal, das gegenüber einem Gehäuse verschwenkbar angeordnet ist, mit einem Drehelement, welches durch Verschwenken des Pedals um eine Lagerstelle drehbar ist, wobei das Drehelement ein federbelastetes Steuerelement aufweist, welches bei betätigten Pedal auf ein durch einen Stellmotor lageverstellbares Kulissenelement trifft.
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Eine derartige Pedalvorrichtung ist in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2010 063 409 A1 beschrieben. Das Drehelement weist ein federbelastetes Eingriffselement auf, welches bei einer Pedalbetätigung in Eingriff mit einem Kulissenelement kommt, wobei eine Kraftschwelle überwunden werden muss, die als Kraftspitze (Krafterhöhung mit danach zumindest teilweise wieder abfallendem Kraftwert) oder Kraftstufe (bestehen bleibende Krafterhöhung) erkennbar wird. Durch die durch einen Elektromotor verstellbare Lage des Kulissenelements wird die Eingriffstellung und damit auch die Pedalstellung vorgegeben, an der der Eingriff erfolgt und für den Anwender haptisch erkennbar wird.
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Das motorisch verstellbare Kulissenelement kann so bei unterschiedlichen Pedalstellungen eine Kraftschwelle erzeugen. Darüber hinaus ändert sich die Kraft-Weg-Charakteristik der Pedalvorrichtung aber nicht grundlegend.
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Es stellte sich die Aufgabe, eine einfach aufgebaute Pedalvorrichtung zu schaffen, welche weitergehende Beeinflussungsmöglichkeiten der Kraft-Weg-Charakteristik ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Steuerelement in einem ersten Stellbereich des Pedals entlang einer feststehenden Steuerkurve geführt ist und dass das Steuerelement in einem zweiten Stellbereich des Pedals entlang einer am lageverstellbaren Kulissenelement angeordneten verstellbaren Steuerkurve geführt ist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 8 beschrieben.
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Erfindungsgemäß sind somit zwei Steuerkurven vorgesehen, von denen die erste Steuerkurve an einem bezüglich des Gehäuses feststehenden Kulissenelement angeordnet ist und von denen die zweite Steuerkurve Bestandteil eines gegenüber dem Gehäuse beweglich angeordneten lageverstellbaren Kulissenelements ist. Die Kraft-Weg-Charakteristik der Pedalvorrichtung wird durch beide Steuerkurven und besonders durch die Positionierung der beiden Steuerkurven relativ zueinander bestimmt. Besonders vorteilhaft ist, dass sogar während einer Bewegung des Pedals die Kraft-Weg-Charakteristik durch eine elektromotorische Lageverstellung der zweiten Steuerkurve dynamisch geändert werden kann.
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Die Steuerkurven des beweglichen und des feststehenden Kulissenelements, die im Folgenden auch kurz als verstellbare Steuerkurve und feststehende Steuerkurve bezeichnet werden, sind vorzugsweise unterschiedlich ausgeführt und können durch unterschiedliche Positionierung zueinander verschiedene Kraft-Weg-Charakteristiken der Pedalbetätigung generieren.
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Beispielsweise kann das lageverstellbare Kulissenelement so weit gegenüber dem feststehenden Kulissenelement verschwenkt sein, dass das Steuerelement über den gesamten Pedalweg nur mit der Steuerkurve des feststehenden Kulissenelements zusammenwirkt.
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Sind die beiden Kulissenelemente einander angenähert, so geht während des Pedalweges das Steuerelement von der feststehenden zur verstellbaren Steuerkurve über. Je nach Ausgestaltung der Steuerkurven und abhängig von der relativen Positionierung der Steuerkurven zueinander kann der Übergang „glatt” ausgebildet sein, so dass sich kein Kraftsprung ergibt oder auch eine Stufe ausbilden, der als Kraftsprung haptisch wahrnehmbar ist.
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Der Übergang kann in einer früheren oder einer späteren Pedalposition erfolgen, wodurch sich deutlich unterschiedliche Verläufe der Pedalcharakteristik ergeben. Im Extremfall kann die verstellbare Steuerkurve bereits am Anfang des Pedalwegs wirksam werden und so die Kraft-Weg-Charakteristik der feststehenden Steuerkurve praktisch überdecken.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die lageverstellbare Steuerkurve eine zumindest abschnittsweise nichtkonstante Steigung aufweist. Da der Elektromotor die Lage des verstellbaren Kulissenelements auch während einer Pedalbewegung verändern kann, kann der Kraftanstieg auch während der Pedalbetätigung dynamisch angepasst werden.
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Im Folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung dargestellt und näher erläutert werden. Dazu zeigen die 1 bis 4 schematisch die Mechanik einer Pedalvorrichtung in verschiedenen Funktionsstellungen. Die 5 bis 9 zeigen verschiedene Funktionskennlinien der Pedalvorrichtung; aufgetragen ist jeweils der Verlauf einer aufzuwendenden Pedalkraft über den Betätigungswinkel des Pedals 1.
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Die an den Diagrammachsen angegebenen Zahlenwerte sind dabei selbstverständlich rein beispielhaft zu verstehen.
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Die 1 bis 4 zeigen in jeweils einer Schnittansicht eine schematisch dargestellte erfindungsgemäße Pedalvorrichtung, die hier als eine Fahrpedalvorrichtung beschrieben ist. Die Erfindung eignet sich aber grundsätzlich für alle Pedalvorrichtungen die eine über den Betätigungsweg veränderbare Haptik aufweisen sollen, wie zum Beispiel eine Bremspedalvorrichtung.
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Die 1 zeigt ein in einem Gehäuse 2 gelagertes Pedal 1, welches nachfolgend als Fahrpedal 1 bezeichnet wird. Das Fahrpedal 1 ist um eine im Gehäuse 2 angeordnete Lagerstelle 4 verschwenkbar angeordnet. Beim Betätigen des Fahrpedals 1 dreht sich der zweiarmige Pedalhebel 14 um die Lagerstelle 4. Der kürzere Pedalhebelarm bildet ein Drehelement 3 aus, in das ein federbelastetes Steuerelement 5 integriert ist, welches mit einer feststehenden Steuerkurve 9 und mit einer verstellbaren Steuerkurve 10 zusammenwirkt und so die Pedalhaptik bestimmt. Das Steuerelement ist hier als eine Steuerrolle 5 ausgeführt, die in einer Steuerrollenführung 13 gelagert ist, und die durch eine Steuerrollenfeder 11, je nach Pedalstellung, an die feststehende Steuerkurve 9 oder an die verstellbare Steuerkurve 10 gepresst wird. Die insgesamt wirksam werdende Steuerkurve setzt sich somit aus zwei Kurvenstücken zusammen, die aus Abschnitten der feststehenden und der verstellbaren Steuerkurve 9, 10 bestehen.
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Die Position eines relativ zum Gehäuse 2 lageverstellbaren Kulissenelements 8 kann entlang einer nicht dargestellten Führung durch den elektrischen Stellmotor 6 verändert werden. Der Stellmotor 6 treibt dazu eine Schneckenwelle 12 an, die mit einer Zahnung 16 am Kulissenelement 8 im Eingriff ist. Vorteilhaft ist, dass ein Schneckenantrieb selbsthemmend ist, so dass der Stellmotor 6 nur zur Änderung der Position des Kulissenelements 8 angesteuert werden muss.
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Durch die das lageverstellbare Kulissenelement 8 kann die verstellbare Steuerkurve 10 gegenüber der feststehenden Steuerkurve 9 verschoben werden, so dass sich Übergänge zwischen den beiden Steuerkurven 9, 10 an jeweils unterschiedlichen Stellen des Pedalwegs ergeben. Da die beiden Steuerkurven 9, 10 unterschiedliche Verläufe aufweisen, ergeben sich für unterschiedliche Stellungen der verstellbaren Steuerkurve 10 auch unterschiedliche Verläufe der Gesamtsteuerkurve. Auch kann die Art des Übergangs zwischen den Steuerkurven 9, 10, zum Beispiel kontinuierlich oder mit einer zu einem Kraftsprung führenden Stufe 15, durch die Positionierung der verstellbaren Steuerkurve 10 beeinflusst werden.
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Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, sogar während einer Pedalbewegung die Position der verstellbaren Steuerkurve 10 zu verändern, um beispielsweise die momentan erforderliche Betätigungskraft dynamisch zu erhöhen oder abzusenken. Dies kann das Betätigungsverhalten des Anwenders unbewusst beeinflussen oder auch zum Zweck einer an den Anwender gerichteten bewusst wahrnehmbaren Signalgebung vorgesehen werden.
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Die 1 und 2 zeigen die beiden Kulissenelemente 7, 8 in der relativ zueinander weit entferntesten Position. In der 1 befindet sich der Pedalhebel 14 in der unbetätigten Stellung, die 2 zeigt die Pedalstellung kurz vor dem Ende des möglichen Pedalwegs. Der maximale Verstellbereich des Fahrpedals 1 beträgt etwa 30° und ist hier durch einen durch gestrichelte Linien dargestellten Winkelsektor gekennzeichnet. Der maximale Verstellbereich kann insbesondere durch hier nicht dargestellte mechanische Endanschläge für das Fahrpedal 1 vorgegeben sein.
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Die zu den 1 und 2 gehörende Kraft-Weg-Charakteristik der Pedalvorrichtung ist in der 5 aufgetragen. Diese ist im Wesentlichen durch die feststehende Steuerkurve 9 des feststehenden Kulissenelements 7 bestimmt. Erkennbar ist ein leichter linearer Kraftanstieg über den Betätigungsweg, der sich durch das Zusammendrücken der Steuerrollenfeder 11 oder durch das Zusammendrücken der Steuerrollenfeder 11 in Kombination mit der Federkraft einer hier nicht dargestellten Rückstellfeder für das Fahrpedal 1 ergibt, welche das Fahrpedal 1 nach der Betätigung wieder in seine in der 1 dargestellte Ausgangsstellung zurückführt. Erst zum Ende des Pedalwegs entsteht ein steiler Kraftanstieg, wenn das Fahrpedal 1 einen der erwähnten mechanischen Endanschläge erreicht.
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Bei der in der 3 skizzierten Pedalvorrichtung ist das lageverstellbare Kulissenelement 8 durch den Stellmotor 6 um einige Winkelgrade in Richtung des feststehenden Kulissenelements 7 verschoben. Hierdurch gelangt das federbelastete Steuerelement 5 jetzt vor dem Erreichen des Endes des Pedalwegs in den Bereich der verstellbaren Steuerkurve 10. Beim Übergang von der feststehenden zur verstellbaren Steuerkurve 9, 10 überwindet das Steuerelement 5 eine Stufe 15, die zu einem Kraftsprung führt, welcher in der 6 bei einem Winkel von etwa 27° ersichtlich ist. Dieser Kraftsprung kann zur Signalisierung einer Kickdown-Funktion vorgesehen sein. Durch die verstellbare Steuerkurve 10 kann so erstens eine Kickdown-Haptik erzeugt und zweitens auch die genaue Position des Kickdown-Bereichs festgelegt werden.
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Der erzeugte Kraftsprung kann durch eine weitere Annäherung der beiden Steuerkurven 9, 10 zueinander, die in der 4 skizziert ist, auch in den mittleren Bereich des Pedalweges verlegt werden. Die zugehörige Pedalcharakteristik zeigt das in der 7 dargestellte Diagramm. In diesem Bereich kann der Kraftanstieg beispielsweise kenntlich machen, dass der verbrauchsgünstige Betriebsbereich des Kraftfahrzeugs verlassen wird.
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Durch eine mit der Bewegung des Fahrpedals 1 mitgeführte verstellbare Steuerkurve 10 kann zudem ein steilerer Anstieg des Kraftverlaufs realisiert werden. In der 8 ist ersichtlich, dass oberhalb des bei circa 16° erfolgenden Kraftsprungs die zur Pedalbetätigung erforderliche Kraft stärker ansteigt als in der 7, was eine noch deutlichere Signalisierung eines verbrauchsungünstigen Fahrzeugbetriebs ermöglicht.
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Durch ein mehrfaches Vor- und Zurückfahren der verstellbaren Steuerkurve 10 während einer Pedalbewegung kann zudem eine pulsierende Pedalhaptik erzeugt werden, dargestellt durch den Kraftverlauf der 9, die als allgemeines Warnsignal zur Signalisierung ungünstiger oder gefährlicher Betriebszustände des Kraftfahrzeugs vorgesehen werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- (Fahr)pedal
- 2
- Gehäuse
- 3
- Drehelement
- 4
- Lagerstelle
- 5
- federbelastetes Steuerelement (Steuerrolle)
- 6
- Stellmotor
- 7
- (feststehendes) Kulissenelement
- 8
- (lageverstellbares) Kulissenelement
- 9
- feststehenden Steuerkurve
- 10
- verstellbare Steuerkurve
- 11
- Steuerrollenfeder
- 12
- Schneckenwelle
- 13
- Steuerrollenführung
- 14
- Pedalhebel
- 15
- Stufe
- 16
- Zahnung
