DE102013223575A1

DE102013223575A1 - Verfahren zum Betrieb einer Fahrpedaleinheit

Info

Publication number: DE102013223575A1
Application number: DE102013223575.5A
Authority: DE
Inventors: Andreas Zell; Carmelo Leone; Mihaly Szasz; Norbert Silberleiter; Johannes Heydenreich
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2015-05-21

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer Fahrpedaleinheit, wie diese beispielsweise durch die nicht vorveröffentlichte DE 10 2013 209 370.5 beschrieben wird. Eine solche Fahrpedaleinheit ist versehen mit einer Rückstellfeder, wobei eine durch eine entsprechende Betätigungskraft herbeigeführte Lageänderung des Fahrpedals gegenüber seiner Ausgangslage entgegen einer Rückstellkraft der Rückstellfeder zu einer Erhöhung der Antriebskraft des Motors führt und bei nachlassender Betätigungskraft die Rückstellkraft der Rückstellfeder das Fahrpedal in Richtung seiner Ausgangslage zurückbefördert. Mit einem elektromechanischen Hauptaktuator (18) wird an zumindest einem Stößel (24, 114) eine mittels einer Steuereinheit (12) variabel steuerbare zusätzlichen Rückstellkraft (FZusatz) erzeugt, wobei eine auf zumindest einen der Stößel (24, 114) wirkende Reibvorrichtung (100) zum Erzeugen einer als zusätzlich zur Rückstellkraft wirkenden Reibungskraft vorgesehen ist, wobei die Reibvorrichtung einen bistabilen Hilfsaktuator aufweist, welcher die Reibvorrichtung wahlweise aktiviert beziehungsweise deaktiviert. Zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Rückstellkraft aktiviert die Steuereinheit (12) die Reibvorrichtung mittels des Hilfsaktuators und wird daraufhin die Bestromung des Hauptaktuators (18) reduziert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Fahrpedaleinheit, wie diese durch die nicht vorveröffentlichte DE 10 2013 209 370.5 beschrieben wird. Das Fahrpedal dient zum Steuern einer Antriebskraft eines Motors eines Kraftfahrzeugs, eine Rückstellfeder, wobei eine durch eine entsprechende Betätigungskraft herbeigeführte Lageänderung des Fahrpedals gegenüber seiner Ausgangslage entgegen einer Rückstellkraft der Rückstellfeder zu einer Erhöhung der Antriebskraft des Motors führt und bei nachlassender Betätigungskraft die Rückstellkraft der Rückstellfeder das Fahrpedal in Richtung seiner Ausgangslage zurückbefördert.
Bei modernen Kraftfahrzeugen besteht generell das Problem, dass der Fahrzeugführer mit vielen Informationen seines Kraftfahrzeugs versorgt wird. Diese Reizüberflutung des Fahrzeugführers durch akustische und optische Signale führt zu einer Ablenkung vom Verkehr. Infolgedessen neigt der Fahrzeugführer dazu, die Signale zu überhören oder zu ignorieren oder er kann sie nicht mehr der Ursache zuordnen. Eine Fahrpedaleinheit der eingangs genannten Gattung vermeidet alle Nachteile optischer und akustischer Systeme: Es ist eine geeignete Mensch-Maschinen-Schnittstelle für Längsdynamik-Funktionen (Abstandsinformation, Geschwindigkeitsbegrenzung und -regelung) sowie zur Anzeige von Gefahrenhinweisen.
Aus der DE 32 32 160 A1 ist daher eine Vorrichtung bekannt, bei der die Rückstellkraft des Fahrpedals veränderbar ist und dem Fahrzeugführer eine haptische Rückmeldung gibt. Die Rückstellkraft des Fahrpedals wird im Bereich des gesamten Pedalwegs in Abhängigkeit von Kenngrößen, die das Motordrehmoment und die Motordrehzahl wiedergeben, automatisch eingestellt. Bei der vorbekannten Vorrichtung ist ein hydraulisches Stellglied vorgesehen, das über eine Feder mit dem Fahrpedal verbunden ist. Derartige Stellglieder sind vergleichsweise aufwendig, da sie regelbar sein müssen.
Bisherige bekannte Direktantriebe haben ein sehr gutes haptisches Verhalten am Pedal, steile, scharfe Kraftkurven mit sehr schnellen Reaktionszeiten. Der Nachteil, bei statischem Betrieb, erwärmt sich das System durch die angeforderte Dauerkraft sehr schnell, was zu einer starken Einschränkung der Verfügbarkeit führt. Alternativen sind hochübersetzte Getriebeansteuerungen, haben aber haptische, akustische Nachteile.
Die nicht vorveröffentlichte DE 10 2013 209 370.5 zeigt in einer Ausgestaltung eine Fahrpedaleinheit mit einem elektromechanischen Hauptaktuator mit zumindest einem Stößel zum Erzeugen einer mittels einer Steuereinheit variabel steuerbaren zusätzlichen Rückstellkraft, und einer auf zumindest einen der Stößelelemente wirkenden Reibvorrichtung zum Erzeugen einer als zusätzlich zur Rückstellkraft wirkenden Reibungskraft, wobei die Reibvorrichtung einen bistabilen Hilfsaktuator aufweist, welcher die Reibvorrichtung wahlweise aktiviert beziehungsweise deaktiviert.
Aufgabe ist es, besonders geeignete Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung vorzustellen, bei welchen die Verlustleistung eines elektromechanischen Stellers für eine Fahrpedaleinheit der eingangs genannten Gattung weiter reduziert wird, um eine größte mögliche thermische Verfügbarkeit zu gewährleisten.
Die Aufgabe wird gelöst gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Der Erfindung liegt der Grundgedanke zugrunde mittels einer zusätzlichen Reibvorrichtung, die ohne ständige Stromzufuhr betrieben werden kann, die Rückstellkraft aufzubringen oder den Hauptaktuator zu unterstützen und auf diese Weise die Stromlast des Hauptaktuator zu reduzieren. Das System kann unter gewissen definierten Bedingungen – durch Einbringung einer mechanischen Vorrichtung bzw. der Reibvorrichtung – mit stark reduziertem Strom die Kraft halten. Die thermische Belastung des Hauptaktuators durch die Stromlast wird auf diese Weise wesentlich reduziert. Außerdem verringert sich auch der Stromverbrauch der Fahrpedaleinheit. Die Reibvorrichtung ist dabei in den Betrieb der Fahrpedaleinheit zu- und abschaltbar. Die Reibvorrichtung ist derart ausgebildet, dass es unter vorbestimmten bzw. definierten Bedingungen in den Kraftfluss des Fahrpedals eingreift bzw. aus diesem kraftlos ausgenommen wird. Damit bleibt die Fahrpedaleinheit weiterhin betreibbar, auch wenn die Reibvorrichtung ausfällt.
Bei der Reibungskraft handelt es sich um eine gewünschte und definierte Reibungskraft, die über die vorgesehenen Reibungsflächen erzeugt werden. Damit sind solche ungewünschten Reibungskräfte hiervon nicht erfasst, die in mechanischen Aufbauten unweigerlich auftreten. Die Reibvorrichtung ist vorteilhafterweise so ausgelegt bzw. konstruiert, dass ein großer Anteil der Reibungskraft in die gleiche Richtung wie die Rückstellkraft des Hauptaktuators wirkt. Bevorzugter Weise wirkt die gesamte Reibungskraft in die Richtung der Rückstellkraft des Hauptaktuators. Mittels des bistabilen Hilfsaktuators kann der Aufnahmekörper oder der Eingriffskörper stromlos in einer Position gehalten werden und zugleich bei Bedarf in die gewünschten Positionen verschoben werden. Der bistabile Hilfsaktuator zeichnet sich dadurch aus, dass es ein mit dem Hilfsaktuator gekoppeltes Teil in mehrere Positionen mittels Stromzufuhr verschieben kann. Das Halten des verschiebbaren Teils in einer Position erfolgt stromlos, beispielsweise durch einen Permanentmagneten.
Die Fahrpedaleinheit ist dadurch in besonders vorteilhafte Weise weitergebildet, dass der Haupt- und Hilfsaktuator jeweils ein Stößelelement aufweisen, wobei das Stößelelement des Hilfsaktuators innerhalb des Stößelelements des Hauptaktuators angeordnet ist und die Stößelelemente miteinander gekoppelt sind. Dafür ergeben sich besonders geeignete weitergebildete Verfahren.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand von Figuren.
Es zeigen
1 eine Fahrpedaleinheit gemäß der DE 10 2013 209 370.5 in einer seitlichen Teilschnittansicht,
2 eine Schnittansicht auf den Aktuator der Fahrpedaleinheit gemäß der DE 10 2013 209 370.5 von der Seite gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels,
3 eine perspektivische Ansicht auf Teile des Aktuators des ersten Ausführungsbeispiels,
Der Ausgangszustand ist in 1 dargestellt. 1 zeigt eine Fahrpedaleinheit 1 eines Kraftfahrzeugs gemäß der DE 10 2013 209 370.5 aufweisend ein Fahrpedal 11 zum Steuern einer Antriebskraft eines Motors eines Kraftfahrzeugs. Eine durch eine entsprechende Betätigungskraft herbeigeführte Lageänderung des Fahrpedals 11 gegenüber seiner Ausgangslage entgegen einer Rückstellkraft einer hier nicht gezeigten Rückstellfeder führt zu einer Erhöhung der Antriebskraft des Motors. Dabei ist es unerheblich, ob der Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs durch einen Verbrennungsmotor oder einen bzw. mehrere Elektromotoren oder durch eine Kombination der genannten Motoren realisiert wird. Bei nachlassender Betätigungskraft fördert die Rückstellkraft der Rückstellfeder das Fahrpedal 11 in Richtung seiner Ausgangslage zurück. Ein elektromechanischer Hauptaktuator 18 erzeugt eine mittels einer Steuereinheit 12 variabel steuerbare zusätzliche Rückstellkraft. Ferner weist die Fahrpedaleinheit 1 eine Reibvorrichtung 100, 200, 300, 400, 500, 600 (in den 2 ff. näher gezeigt) zum Erzeugen einer als zusätzlich zur Rückstellkraft wirkenden Reibungskraft F_s auf. Bei der in 1 dargestellten Fahrpedaleinheit handelt es sich um eine sogenanntes stehende Fahrpedaleinheit: die Pedalplatte 11 ist verschwenkbar in einer Abstützvorrichtung 19 gelagert, die in der Regel im Fußraum eines Kraftfahrzeugs auf dem Boden montiert wird. Die Erfindung ist dabei nicht auf diese Typen von Fahrpedalen beschränkt.
Nachfolgend wird die allgemeine Funktionsweise der Fahrpedaleinheit näher beschrieben. Wird die Pedalplatte 11 niedergedrückt, dreht sie sich um ihre Drehachse. Die Pedalplatte 11 betätigt ein Übertragungselement 10, das wiederum mit einer nockenartigen Kurvenscheibe 3 verbunden ist. Durch die Kraftübertragung von der Pedalplatte 11 über das Übertragungselement 10 auf die Kurvenscheibe 3 wird diese um eine Achse B gedreht. Ein elektromechanischer Aktuator, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Hubmagnet 18 ausgebildet ist, greift ebenfalls an der nockenartigen Kurvenscheibe 3 an: das Stößelelement bzw. der Magnetstößel 7 des Hubmagneten 18 liegt auf einer Anlagefläche 6 der Kurvenscheibe 3 an und ist entlang einer Achse A vom Hubmagneten 18 bewegbar.
Da der Magnetstößel 7 nur auf der Anlagefläche 6 anliegt kann der Hubmagnet 18 dabei nur eine Kraft in Richtung der Rückstellung der Pedalplatte 11 erzeugen. Eine stärkere Betätigung der Pedalplatte 11 als vom Fahrzeugführer mittels seiner Fußkraft eingestellt ist, kann der Hubmagnet 18 nicht erzeugen. Er wirkt also ausschließlich in Rückstellrichtung mit der zusätzlichen Rückstellkraft F_Zusatz.
Bei der Betätigung der Pedalplatte 11 wird die Kurvenscheibe 3 gemeinsam mit einem Magneten 5 in eine Drehbewegung um die Achse B versetzt. Ein hier nicht dargestellter Sensor, der mit einer Steuereinheit verbunden ist, ermittelt die Position der Pedalplatte 11 mit Hilfe des Magneten 5, der sich gemeinsam mit Kurvenscheibe 3 bewegt.
Wenn eine zusätzliche Rückstellkraft F_Zusatz erzeugt werden soll sendet eine weitere Steuereinheit 12 ein elektrisches Signal zum Hubmagneten 18. Der Hubmagnet 18 ist ein nichtkommutierter Direktantrieb mit einem begrenzten Hub, der den Magnetstößel 7 und eine statische Spule zur Bereitstellung der Lorentz-Kraft aufweist. Der Hubmagnet 18 kann mit Hilfe elektrischer Signale der Steuereinheit 12 so angesteuert werden, dass die zusätzliche Rückstellkraft F_Zusatz als Vibration oder Kraftimpuls an der Pedalplatte 11 für den Fahrzeugführer spürbar ist. Abhängig von den eben genannten zahlreichen Funktionen der Kraftform der zusätzlichen Rückstellkraft F_Zusatz kann auch die Größe der zusätzlichen Rückstellkraft F_Zusatz eingestellt werden oder der maximale Hub der Pedalplatte 11 begrenzt werden.
Wie es aus der 1 ersichtlich ist, ist der maximale Hub der Pedalplatte 11 erreicht, wenn die Kurvenscheibe 3 an einem Anschlag 2 anliegt. Bereits vor diesem maximal möglichen Hub kann der Hub der Pedalplatte 11 durch eine entsprechend große Rückstellkraft F_Zusatz des Hubmagneten 18 begrenzt werden. Der Fahrzeugführer spürt dann eine Kraftschwelle an der Pedalplatte 11, die nur mit größerem Kraftaufwand übertreten werden kann. Auf diese Weise wird der maximal mögliche Hub der Pedalplatte 11 begrenzt. Diese Funktion kann dazu dienen, den Fahrzeugführer zu einer energiesparenden Fahrweise anzuleiten.
Mittels der zusätzlichen Rückstellkraft F_Zusatz erhält der Fahrzeugführer eine haptische Information. So kann beispielsweise zum ökonomischen und spritsparenden Betrieb des Kraftfahrzeugs angehalten werden, indem die zusätzliche Rückstellkraft F_Zusatz bei ineffizienter Motordrehzahl erhöht wird und damit das Pedalgefühl härter wird. Andererseits kann der maximale Hub der Pedalplatte 11 begrenzt werden. Andere haptische Informationen, die dem Fahrzeugführer übermittelt werden können sind außerdem die Übermittlung sicherheitskritischer Informationen wie ein unzureichender Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug.
Nachfolgend werden die Ausführungsbeispiele der Fahrpedaleinheit 1 mit unterschiedlichen Ausführungen der Reibvorrichtungen 100, 200, 300, 400, 500, 600 näher beschrieben.
2 zeigt ein erstes spezielleres Ausführungsbeispiel der Fahrpedaleinheit gemäß der DE 10 2013 209 370.5 mit einer Reibvorrichtung 100. Dieses Ausführungsbeispiel ist im Vergleich zu den anderen in gemäß der DE 10 2013 209 370.5 gezeigten Ausführungsbeispielen zwar kostenaufwendiger, ermöglicht jedoch eine besonders feinfühlige und variable Regelbarkeit des haptischen Feedbacks. Aufgrund des Hauptaktuator 18 ist aber der Stromverbrauch höher und wurden spezielle Verfahren zum Betrieb dieser Ausgestaltung entwickelt, die nachfolgend noch näher erläutert werden.
Innerhalb eines Gehäuses 20 sind der Hauptaktuator 18 und die Reibvorrichtung 100 mit einem bistabilen Hilfsaktuator 101 angeordnet.
Das Gehäuse 20 des Hauptaktuators ist im Wesentlichen zylindrisch geformt. Der Hauptaktuator 18 und Hilfsaktuator 101 der Reibvorrichtung 100 sind zwischen zwei Stirnseiten des Gehäuses unmittelbar benachbart zueinander angeordnet. An einer hinteren Stirnseite ist ein Anschlag 21 für ein Federelement 126 vorgesehen. An einer vorderen Stirnseite ist ein Abschnitt 22 zum Aufnehmen eines Lagers 23 zum Lagern des ersten und zweiten Stößelelement 24, 114 ausgebildet. In Das erste Stößelelement 24 in den nachfolgenden Beispielen ersetzt den Magnetstößel 7 aus 1.
Der Hauptaktuator 18 ist als Hubmagnet ausgebildet und weist einen beweglichen Kern 81 mit einem Permanentmagnetensystem 87 und einen Führungszylinder 82 auf, in denen, je nach Ausführung, eine oder mehrere Spulen 83, 84 untergebracht sind.
Auch andere elektrische lineare Direktantriebe können als Hauptaktuator 18 verwendet werden. Der Haupt- und Hilfsaktuator 18, 101 weisen jeweils ein Stößelelement 24, 114 auf, wobei das zweite Stößelelement 114 des Hilfsaktuators 101 innerhalb des ersten Stößelelements 24 des Hauptaktuators 18 angeordnet ist und die Stößelelemente 24, 114 miteinander gekoppelt sind. Vorzugsweise sind die Stößelelemente 24, 114 formschlüssig miteinander verbunden. Der Kern 81 weist einen Durchgang 185 auf, in der die Stößelelemente 24, 114 abschnittsweise angeordnet sind. Das erste Stößelelement 24 ist mit dem Kern 81 gekoppelt und wird durch die Bewegung des Kerns 81 in Richtung der Achse A mit bewegt. Das erste Stößelelement 24 weist einen Anschlag 25 bzw. mehrere Anschlagsflächen (s. 3) auf, worüber es mit dem zweiten Stößelelement 114 in Richtung der Rückstellkraft F_Zusatz formschlüssig gekoppelt ist. Wie in 3 dargestellt, weist das zweite Stößelelement 114 hierzu mehrere passfederartige Vorsprünge 117 auf, die in die dazu korrespondierenden Ausnehmungen 27 in der Wand des ersten Stößelelements 24 reinragen. Die Ausnehmungen 27 sind derart gestaltet, dass das zweite Stößelelement 114 in der zur Rückstellkraft F_Zusatz entgegengesetzten Richtung in axialer Richtung entlang der Achse A frei beweglich ist. Lediglich ein an einer Anliegefläche 116 des zweiten Stößelelements 114 anliegende Federelement 26 drückt das zweite Stößelelement 114 in Richtung der Rückstellkraft F_Zusatz und dadurch das zweite Stößelelement 114 an den Anschlag 25 am ersten Stößelelement 24.
In einem Zustand, bei der die Reibvorrichtung 100 abgeschaltet bzw. deaktiviert ist, wirkt der Hauptaktuator 18 folgendermaßen, um die Rückstellkraft F_Zusatz auf das Fahrpedal 11 auszuüben.
Um die Rückstellkraft F_Zusatz zu erzeugen, werden die Spulen 183, 184 mit Strom beaufschlagt. Dies führt dazu, dass der Kern 181 in Richtung der Rückstellkraft F_Zusatz bewegt wird und damit auch das erste Stößelelement 24. Das erste Stößelelement 24 drückt dann gegen die Anlagefläche 6 der Kurvenscheibe 3, so dass die Rückstellkraft F_Zusatz am Fahrpedal 11 wirkt. Das zweite Stößelelement 114 folgt dem ersten Stößelelement 24 in der axialen Verschiebung entlang der Achse A aufgrund der von dem Federelement 26 ausgeübten Federkraft. Die Federkraft wirkt dabei zusätzlich zu der Rückstellkraft F_Zusatz.
In dem Fall, dass die von dem Fahrzeugführer ausgeübte Betätigungskraft auf das Fahrpedal 11 größer ist als die Rückstellkraft F_Zusatz, bewegt sich das erste Stößelelement 114 in die zur Rückstellkraft F_Zusatz entgegengesetzte Richtung. Dann kommt es zu einem Kontakt zwischen dem ersten und zweiten Stößelelement 24, 114 an dem Anschlag 25, so dass das zweite Stößelelement 114 mit dem ersten Stößelelement 24 mitgeführt wird. Auch in diesem Fall wirkt die Federkraft des Federelements 26 am Fahrpedal unabhängig davon, ob der Hauptaktuator 18 bestromt wird. Zusätzlich zur Federkraft kann durch die Zuschaltung bzw. Aktivierung der Reibvorrichtung eine zusätzlich zur Rückstellkraft wirkende Reibkraft erzeugt werden.
Die Reibvorrichtung 100 weist den bistabilen Hilfsaktuator 101 zum Verschieben eines Aufnahmekörpers 104 in Richtung seiner Längsachse auf, die mit der Längsachse A des Hauptaktuators 18 zusammenfällt. Der Hilfsaktuator 101 weist zwei bestrombare Spulen 111, 112 auf. Denkbar ist jedoch auch ein bistabiler Hilfsaktuator mit einer Spule. Mittels Bestromung eines der Spulen 111, 112 ist der Aufnahmekörper 102 entlang der Achse A verschiebbar. Zwischen den Spulen 111, 112 befindet sich ein Permanentmagnet 113 zum Halten des Aufnahmekörpers in einer vorbestimmten Position sobald die Stromzufuhr abgeschaltet wird. In der in 2 gezeigten Position des Aufnahmekörpers 104 befindet sich die Reibvorrichtung 100 im zugeschalteten Zustand.
Zum Erzeugen der Reibkraft weist die Reibvorrichtung 100 einen konusförmigen Eingriffskörper 103 und den Aufnahmekörper 102 mit einer konusförmigen Ausnehmung 140 zum Aufnehmen des Eingriffskörpers 103 auf. Der Eingriffskörper 103 und / oder der Aufnahmekörper weisen eine Reibfläche 131 auf, wobei die Reibkraft über die Reibfläche 131 erzeugbar ist, sobald der Eingriffskörper 103 in die Ausnehmung des Aufnahmekörpers 104 eindringt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Reibflächen 131 am Eingriffskörper 103 ausgebildet.
Die Reibflächen 131 sind, wie in 3 zu sehen, als kleine wulstartige Vorsprünge 131 ausgebildet, die einen ausschließlichen Kontakt mit dem zweiten Stößelelement 114 ermöglichen.
Auf diese Weise kann ein Kraftschluss zwischen dem Eingriffskörper 103 und dem ersten Stößelelement 124 wirksam verhindert werden, um eine Bremswirkung des Hauptaktuators 18 zu verhindern. Vorteilhafterweise ist der Eingriffskörper 103 mehrteilig ausgebildet.
Der Eingriffskörper 103 und der Aufnahmekörper 104 sind koaxial zueinander ausgerichtet, wobei in diesem Ausführungsbeispiel der Aufnahmekörper 104 axial verschiebbar ist. Zum zuschalten der Reibvorrichtung 100 wird der Aufnahmekörper 104 mittels des Hilfsaktuators 101 axial verschoben, so dass sich der Durchmesser der konusförmigen Ausnehmung 140 verkleinert und dadurch ein Kontakt zwischen dem Aufnahmekörper 104 und dem Eingriffskörper 103 hergestellt wird. Durch den Kontakt wird eine Normalkraft erzeugt, welche den Eingriffskörper 103 auf das zweite Stößelelement 114 drückt. Dadurch wird an dem zweiten Stößelelement 114 einer Reibung erzeugt, die in Richtung der Rückstellkraft F_Zusatz wirkt.
Wird der Aufnahmekörper 104 mittels des Hilfsaktuators 101 in die zur Rückstellkraft entgegengesetzte Richtung verschoben, vergrößert sich der Durchmesser der Ausnehmung 140, so dass ein Kontakt zwischen dem Aufnahmekörper 104 und dem Eingriffskörper 103 nicht zustande kommt. In diesem Zustand spreizen sich die Teile des Eingriffskörpers 103 in radialer Richtung nach außen, so dass die Kontaktflächen an den Vorsprüngen 131 nicht mehr am zweiten Stößelelement 114 anliegen. Damit werden die drei Teile des Eingriffskörpers auch bei einer Verschiebung des zweiten Stößelelements 114 nicht in axialer Richtung mitgeführt. Es ist denkbar die Höhe der Reibungskraft zu variieren. Dies kann dadurch erfolgen, dass der Eingriffskörper 103 und / oder der Aufnahmekörper so ausgebildet wird, dass die Kontaktkraft bzw. Normalkraft zwischen dem Aufnahmekörper 103 und dem Eingriffskörper 104 je nach Position eines der beiden Teile unterschiedliche groß ist. Darüber hinaus ist es denkbar, den Eingriffskörper 103 und / oder Aufnahmekörper 104 derart auszubilden, dass eine Normalkraft auf den Eingriffskörper stets aufrechterhalten bleibt. Diese kann beispielsweise durch den Steigungswinkel der Konusform festgelegt werden.
Der Vorteil dieser Ausführungsform umfasst u. a., dass dank der Federkraft und der Reibungskraft zwei zusätzliche Kraftquellen zur Erzeugung der Rückstellkraft vorhanden sind, die so zueinander kombiniert werden können, um eine Vielzahl von haptischen Rückmeldungen zu erzeugen. Es können unterschiedliche Kraftsignale erzeugt werden, die ein Gefühl des Tickens, Vibrieren oder dgl. am Fahrpedal erzeugen. Darüber hinaus ist mittels dieser Ausführungsform eine besonders gute stufenlose haptische Rückmeldung erzeugbar.
Generell ist aber eben, wie bereits voranstehend ausgeführt, mit dem Hauptaktuator 18 zunächst ein zusätzlicher elektrischer Verbraucher im System, welcher zwar besonders schnelle Änderungen der Rückstellkraft ermöglicht, eine dauerhafte Vollbestromung aber neben einem erheblichen Energieverbrauch zu einer signifikanten Erwärmung führen würde und sich durch die mit dem Hilfsaktuator steuerbare Reibvorrichtung besonders vorteilhafte Verfahren zu deren Betrieb ergeben.
Ist eine gewünschte Rückstellkraft erreicht, so aktiviert im normalen statischen Betrieb die Steuereinheit (12) daher die Reibvorrichtung mittels des Hilfsaktuators und wird daraufhin die Bestromung des Hauptaktuators reduziert. Wird das Fahrpedal betätigt, erzeugt die aktivierte Reibvorrichtung eine definierte Gegenkraft.
Theoretisch könnte die Bestromung des Hauptaktuators ganz eingestellt werden, in einer besonders bevorzugten Weiterbildung jedoch wird in zumindest einem Betriebsfall die Bestromung des Hauptaktuators bei aktiver Reibvorrichtung auf einen solchen Sollwert reduziert wird, bei welchem die dadurch erzeugte Rückstellkraft den Stößel am Fahrpedal hält, ohne eine vorgegebene Fußablegekraft zu übersteigen. Der Stößel des Hauptaktuators wird also mit diesem geringen Strom immer an dem Fahrpedal anliegend gehalten und eine Fußablagefunktion realisiert, ohne dass es zu einer darüber hinausgehenden haptischen Rückkopplung an den Fahrer kommt.
In einem Gefahren-Betriebsfall kann jederzeit der Hauptaktuator bestromt werden. Durch Aktivierung der Reibvorrichtung wird dabei eine Gesamtgegenkraft gegen eine Betätigung des Fahrpedals erzeugt wird, welche größer ist als die durch Vollbestromung des Hauptaktuators allein erreichbare Rückstellkraft. Bei aktiver Reibvorrichtung wirkt also gegen eine Betätigung des Fahrpedals jeweils eine zur eigentlichen Rückstellkraft zusätzliche Gegenkraft, wenngleich diese Gegenkraft als Reibkraft eben nur gegen eine Betätigung des Fahrpedals wirkt und nicht wie eine Feder eine permanente Rückstellwirkung hat.
Trotzdem entsteht bei Betätigung für den Fahrer eine aktive haptische Rückkopplung. Diese kann zudem dynamisch erfolgen, indem ein Zu- und Abschalten der Reibvorichtung mittels des Hilfsaktuators erfolgt.
In dieser besonders bevorzugten Ausgestaltung gemäß der 2 und 3 weisen der Haupt- und Hilfsaktuator (18, 101) jeweils ein Stößelelement (24, 114) auf, wobei das Stößelelement (114) des Hilfsaktuators (101) innerhalb des Stößelelements (24) des Hauptaktuators (18) angeordnet ist und die Stößelelemente (24, 114) miteinander gekoppelt sind, sobald die Stößelelemente (24, 114) einander an einer Anschlagfläche (25) berühren. Es gibt jedoch denkbare Betriebsfälle, in welchen sich die Stößelelemente (24, 114) voneinander entfernen könnten. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Fahrer den Fuß ganz vom Gaspedal nimmt und durch den kleinen Grundstrom des Hauptaktors der Stößel an das Pedal nachgeführt wird. Dieses Spiel zwischen den Stößelelementen (24, 114) kann nun zudem reduziert werden, indem die Reibvorrichtung mittels des Hilfsaktuators zu vorgegebenen Zeitpunkten deaktiviert, das Stößelelement (114) des Hilfsaktuators (101) an die Anschlagfläche (25) nachgeführt und dann die die Reibvorrichtung mittels des Hilfsaktuators wieder aktiviert wird.
Besonders bevorzugt kann dies gesteuert durch die Steuereinheit erfolgen, indem diese verbunden ist mit einem Sensorelement zum Erkennen der relativen Position der Stößelelemente (24, 114) zueinander und in Abhängigkeit vom Signal dieses Sensorelements das Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch steuert. Zeigt das Sensorelement also eine Abweichung der relativen Position der Stößelelemente (24, 114) an und liegen diese also nicht an der Anschlagfläche 25 aneinander, wird die Reibvorrichtung deaktiviert, der innere Stößel 114 des Hilfsaktuators nachgeführt und mit dem Erkennen des Anliegens und der abgebauten Positionsabweichung zwischen den Stößelelementen (24, 114) die Reibvorrichtung wieder aktiviert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013209370 [0001, 0005, 0013, 0014, 0016, 0024, 0024]
DE 3232160 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Fahrpedaleinheit (1) mit einem Fahrpedal zum Steuern einer Antriebskraft eines Motors eines Kraftfahrzeugs a) mit einer Rückstellfeder, wobei eine durch eine entsprechende Betätigungskraft herbeigeführte Lageänderung des Fahrpedals (11) gegenüber seiner Ausgangslage entgegen einer Rückstellkraft der Rückstellfeder zu einer Erhöhung der Antriebskraft des Motors führt und bei nachlassender Betätigungskraft die Rückstellkraft der Rückstellfeder das Fahrpedal (11) in Richtung seiner Ausgangslage zurückbefördert, b) mit einem elektromechanischen Hauptaktuator (18) mit zumindest einem Stößel (24, 114) zum Erzeugen einer mittels einer Steuereinheit (12) variabel steuerbaren zusätzlichen Rückstellkraft (F_Zusatz), und c) einer auf zumindest einen der Stößel (24, 114) wirkenden Reibvorrichtung (100, 200, 300, 400, 500, 600) zum Erzeugen einer als zusätzlich zur Rückstellkraft wirkenden Reibungskraft, d) wobei die Reibvorrichtung einen bistabilen Hilfsaktuator aufweist, welcher die Reibvorrichtung wahlweise aktiviert beziehungsweise deaktiviert, dadurch gekennzeichnet, dass e) die Steuereinheit (12) zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Rückstellkraft die Reibvorrichtung mittels des Hilfsaktuators aktiviert und daraufhin die Bestromung des Hauptaktuators reduziert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in einem Betriebsfall die Bestromung des Hauptaktuators bei aktiver Reibvorrichtung auf einen Sollwert reduziert wird, bei welchem die dadurch erzeugte Rückstellkraft den Stößel am Fahrpedal hält, ohne eine vorgegebene Fußablegekraft zu übersteigen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in einem anderen Betriebsfall durch Aktivierung der Reibvorrichtung mittels des Hilfsaktuators eine Gesamtgegenkraft erzeugt wird, welche größer ist als die durch Vollbestromung des Hauptaktors allein erreichbare Rückstellkraft.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei f) der Haupt- und Hilfsaktuator (18, 101) jeweils ein Stößelelement (24, 114) aufweisen, wobei das Stößelelement (114) des Hilfsaktuators (101) innerhalb des Stößelelements (24) des Hauptaktuators (18) angeordnet ist und die Stößelelemente (24, 114) miteinander gekoppelt sind, g) sobald die Stößelelemente (24, 114) einander an einer Anschlagfläche (25) berühren, h) wobei die Reibvorrichtung mittels des Hilfsaktuators zu vorgegebenen Zeitpunkten deaktiviert, das Stößelelement (114) des Hilfsaktuators (101) an die Anschlagfläche (25) nachgeführt und i) dann die die Reibvorrichtung mittels des Hilfsaktuators wieder aktiviert wird.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die Steuereinheit verbunden ist mit einem Sensorelement zum Erkennen der relativen Position der Stößelelemente (24, 114) zueinander und in Abhängigkeit vom Signal dieses Sensorelements das Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch steuert.