DE102014210983A1

DE102014210983A1 - Fahrpedaleinheit

Info

Publication number: DE102014210983A1
Application number: DE102014210983.3A
Authority: DE
Inventors: Jens Schrader
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2014-06-10
Publication date: 2015-12-17
Also published as: CN105320210A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrpedaleinheit für ein Kraftfahrzeug, aufweisend ein Fahrpedal und eine Einrichtung, wobei das Fahrpedal ausgebildet ist, wenigstens eine Komponente eines Kraftfahrzeugs zu steuern, wobei die Einrichtung ausgebildet ist, eine Gegenkraft bereitzustellen, wobei die Einrichtung eine erste Federeinrichtung und eine Verstelleinrichtung umfasst, wobei die erste Federeinrichtung ausgebildet ist, zumindest teilweise die Gegenkraft bereitzustellen, wobei die Verstelleinrichtung ausgebildet ist, die erste Federeinrichtung um eine Drehachse der ersten Federeinrichtung zu verdrehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrpedaleinheit gemäß Patentanspruch 1.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2013 209 370 A1 ist eine Fahrpedaleinheit für Kraftfahrzeuge bekannt. Die Fahrpedaleinheit für Kraftfahrzeuge weist ein Fahrpedal zum Steuern einer Antriebskraft eines Motors eines Kraftfahrzeugs auf. Dabei wird eine Gegenkraft mittels einer Reibeinrichtung zur Rückstellung des Fahrpedals in seine Ausgangslage vorgesehen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine besonders kompakte Fahrpedaleinheit bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird mittels einer Fahrpedaleinheit gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine verbesserte Fahrpedaleinheit für ein Kraftfahrzeug dadurch bereitgestellt werden kann, dass die Fahrpedaleinheit ein Fahrpedal und eine Einrichtung aufweist. Das Fahrpedal ist ausgebildet, wenigstens eine Kraftkomponente eines Kraftfahrzeugs zu steuern. Die Einrichtung ist ausgebildet, eine Gegenkraft bereitzustellen. Die Einrichtung umfasst eine erste Federeinrichtung und eine Verstelleinrichtung. Die erste Federeinrichtung ist ausgebildet, zumindest teilweise die Gegenkraft bereitzustellen. Die Verstelleinrichtung ist ausgebildet, die erste Federeinrichtung um eine Drehachse der ersten Federeinrichtung zu verdrehen.
Mittels der Gegenkraft kann das Fahrpedal nach Betätigung zurück in eine Ausgangslage überführt werden. Zusätzlich oder alternativ kann bei Betätigung des Fahrpedals zeitlich veränderlich oder konstant die Gegenkraft variiert werden. Dadurch kann dem Fahrer ein haptisches Feedback gegeben werden. Ferner kann dadurch die Fahrpedaleinheit besonders kompakt ausgebildet werden, sodass die Fahrpedaleinheit insgesamt eine geringe Masse kombiniert mit einem hohen Bedienkomfort aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Verstelleinrichtung ein Getriebesystem, eine Tragestruktur und einen Verstellmotor. Der Verstellmotor ist ausgebildet, ein Drehmoment bereitzustellen. Das Getriebesystem umfasst eine erste Getriebeeinrichtung, eine zweite Getriebeeinrichtung und eine Koppelschwinge. Die erste Getriebeeinrichtung ist mit dem Verstellmotor verbunden. Die erste Getriebeeinrichtung ist mittels der Koppelschwinge mit der zweiten Getriebeeinrichtung gekoppelt. Die beiden Getriebeeinrichtungen sind ausgebildet, zumindest teilweise die Gegenkraft abzustützen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die erste Getriebeeinrichtung eine Spindel und eine die Spindel zumindest teilweise umgreifende Spindelmutter. Die Spindel weist eine erste schraubenförmig ausgebildete Verzahnung und die Spindelmutter eine korrespondierend zur ersten Verzahnung ausgebildete zweite Verzahnung auf, wobei die erste Verzahnung einen Kämmeingriff mit der zweiten Verzahnung aufweist. Die Spindelmutter ist mit der Koppelschwinge und die Spindel mit dem Verstellmotor gekoppelt. Dabei ist vorzugsweise die erste Verzahnung derart zu der zweiten Verzahnung abgestimmt, dass die erste Getriebeeinrichtung selbsthemmend und/oder schwergängig ausgebildet ist. Dadurch wird ein geringer Rückwärtswirkungsgrad erreicht, sodass bei Betätigung des Fahrpedals Betätigungskräfte nicht in den Verstellmotor eingeleitet werden. Ferner wird dadurch vermieden, dass der Verstellmotor konsequent bei Bereitstellung einer Gegenkraft unter Strom gesetzt werden müsste, sodass insgesamt der Energiebedarf der Fahrpedaleinheit reduziert ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Tragestruktur eine erste Anlagefläche und die Spindelmutter eine zweite Anlagefläche auf. Die zweite Anlagefläche liegt an der ersten Anlagefläche an und verhindert eine Verdrehung der Spindelmutter gegenüber der Tragestruktur. Dadurch kann die Spindelmutter linear durch eine Verdrehung der Spindel entlang einer Achse, insbesondere entlang einer Motorachse, geführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Getriebesystem ein Drehgelenk auf. Dabei ist die erste Getriebeeinrichtung mittels des Drehgelenks mit der Koppelschwinge verbunden. Dabei ist vorzugsweise an dem Drehgelenk ein Sensor angeordnet,, der ausgebildet ist, eine Betätigung des Fahrpedals zu erfassen. Dadurch kann auf einfache Weise elektrisch ein Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs gesteuert werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Drehgelenk eine Gelenkachse auf, wobei die Drehachse parallel zur Gelenkachse ausgerichtet ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Getriebeeinrichtung ein erstes Stirnrad und ein zweites Stirnrad auf, wobei das erste Stirnrad einen Kämmeingriff mit dem zweiten Stirnrad aufweist. Das zweite Stirnrad ist mit der Koppelschwinge und das erste Stirnrad mit der Tragestruktur verbunden. Dadurch kann die Teilzahl der Verstelleinrichtung auf einfache Weise reduziert werden, sodass insgesamt die Verstelleinrichtung besonders kostengünstig hergestellt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform weist das erste Stirnrad eine dritte Verzahnung auf. Die dritte Verzahnung ist auf einer zur ersten Getriebeeinrichtung zugewandten Seite angeordnet. Die dritte Verzahnung weist eine Stirnradachse auf. Die Stirnradachse ist dabei überlappend mit der Drehachse angeordnet. Auf diese Weise wird vermieden, dass die erste Federeinrichtung zusätzlich zu einer Verdrehung innerhalb der Verstelleinrichtung quer zur Drehachse verschoben wird.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Koppelschwinge eine Öffnung auf, wobei die erste Federeinrichtung einen ersten Federarm und einen zweiten Federarm aufweist. Der erste Federarm ist dem Fahrpedal zugeordnet. Der zweite Federarm greift in die Öffnung ein.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Öffnung zwischen dem zweiten Stirnrad und dem Drehgelenk angeordnet. Das zweite Stirnrad weist eine korrespondierend zur dritten Verzahnung ausgebildete vierte Verzahnung auf, wobei die vierte Verzahnung in die dritte Verzahnung eingreift und auf einem Wälzkreis abrollt. Der Wälzkreis weist eine Wälzkreisachse und einen Wälzradius auf. Die Öffnung weist eine Öffnungsachse auf. Die Wälzkreisachse überlappt mit der Öffnungsachse. Ein erster Abstand zwischen der Gelenkachse und der Öffnungsachse entspricht dem Wälzradius und ein zweiter Abstand zwischen der Öffnungsachse und der Drehachse entspricht dem ersten Abstand. Dadurch wird gewährleistet, dass die Öffnung ausschließlich entlang einer Kreisbahn, die den Radius des Abstands zu der Drehachse aufweist, geführt wird. Ferner wird dadurch vermieden, dass die erste Federeinrichtung entlang einer Achse quer zur Drehachse verschoben wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Verstellmotor an der Tragestruktur befestigt, wobei vorteilhafterweise die Tragestruktur einstückig und materialeinheitlich ausgebildet ist. Dadurch kann die Fahrpedaleinheit besonders kompakt und kostengünstig hergestellt werden.
Um die Gegenkraft zu erhöhen, kann ferner eine zweite Federeinrichtung vorgesehen sein, wobei die zweite Federeinrichtung mit einem ersten Ende mit der Tragestruktur und mit einem zweiten Ende mit dem Fahrpedal gekoppelt ist.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die erste Federeinrichtung wenigstens eine als Drehfeder ausgebildetes Federelement, wobei das Federelement einen ersten Federarm und einen zweiten Federarm umfasst, wobei der erste Federarm sich im Wesentlichen tangential zur Drehachse erstreckt, wobei der zweite Federarm im Wesentlichen parallel zur Drehachse ausgerichtet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Seitenansicht auf eine Fahrpedaleinheit gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine Seitenansicht auf eine Fahrpedaleinheit gemäß einer ersten Ausführungsform;
3 eine perspektivische Ansicht einer Einrichtung der in den 1 und 2 gezeigten Fahrpedaleinheit; und
4 eine Schnittansichtung durch die in 3 gezeigte Fahrpedaleinheit.
1 zeigt eine Seitenansicht auf eine Fahrpedaleinheit 10 gemäß einer ersten Ausführungsform und 2 zeigt eine Seitenansicht auf eine Fahrpedaleinheit 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Einrichtung 20 der in den 1 und 2 gezeigten Fahrpedaleinheit 10 und 4 zeigt eine Schnittansichtung durch die in 3 gezeigte Fahrpedaleinheit 10.
Die Fahrpedaleinheit 10 umfasst ein Fahrpedal 15 zum Steuern einer Antriebskraft eines Motors eines Kraftfahrzeugs. Dabei kann insbesondere das Fahrpedal 15 als Gaspedal aber auch als Bremspedal oder als Kupplungspedal ausgebildet sein. Im Folgenden wird dabei davon ausgegangen, dass das Fahrpedal 15 als Gaspedal zum Steuern einer Antriebskraft eines Motors eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Dabei kann durch eine entsprechende Betätigungskraft F eine Lageänderung des Fahrpedals 15 gegenüber seiner Ausgangslage in unbetätigtem Zustand entgegen einer Gegenkraft F_R verändert werden. Dabei führt die Lageänderung aus dem unbetätigten Zustand hin zu einem betätigten Zustand (strichliert in 1 angedeutet) zu einer Erhöhung der Antriebskraft des Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs. Hierbei 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 einem Nachlassen der Betätigungskraft F fördert die Gegenkraft F_R das Fahrpedal 15 in Richtung seiner Ausgangslage zurück. Wird die Betätigungskraft F aufrechterhalten, kann mittels der Gegenkraft F_R dem Fahrer ein haptisches Feedback hinsichtlich seines Steuerverhaltens gegeben werden. Dazu kann beispielsweise die Gegenkraft F_R zeitlich konstant gehalten werden und/oder die Gegenkraft F_R zeitlich verändert werden.
Um die Gegenkraft F_R bereitzustellen, weist die Fahrpedaleinheit 10 eine Einrichtung 20 auf. Die Einrichtung 20 umfasst eine erste Federeinrichtung 25 und eine Verstelleinrichtung 30. Die erste Federeinrichtung 25 umfasst ein erstes Federelement 26 und ein zweites Federelement 27. Die Federelemente 26, 27 sind dabei als Drehfeder ausgebildet und weisen eine gemeinsame Drehachse 35 auf. Die Verstelleinrichtung 30 ist dabei ausgebildet, die erste Federeinrichtung 25 um die Drehachse 35 zu verdrehen.
Die die Federelemente 26, 27 weisen jeweils einen am ersten Ende der der Federelemente 26, 27 angeordneten ersten Federarm 40 und einen am zweiten Ende angeordneten zweiten Federarm 45 auf.
Die Verstelleinrichtung 30 weist ein Getriebesystem 50, eine Tragestruktur 55 und einen Verstellmotor 60 auf. Der Verstellmotor 60 ist dabei als Elektromotor ausgebildet, der einen Motorwelle 65 aufweist. Der Verstellmotor 60 ist dabei ausgebildet, ein Drehmoment über die Motorwelle 65 bereitzustellen. Der Verstellmotor 60 ist direkt an der Tragestruktur 55 befestigt. Die Tragestruktur 55 ist dabei einstückig und materialeinheitlich ausgebildet. Die beiden Ausführungsformen unterscheiden sich dahingehend voneinander, dass in 2 der Verstellmotor geneigt gegenüber der in 1 gezeigten Ausrichtung an der Trägerstruktur 55 angeordnet ist.
Das Getriebesystem 50 umfasst eine erste Getriebeeinrichtung 70 und eine zweite Getriebeeinrichtung 75. Ferner umfasst das Getriebesystem 50 eine Koppelschwinge 80. Die Koppelschwinge 80 koppelt dabei die erste Getriebeeinrichtung 70 mit der zweiten Getriebeeinrichtung 75.
Die erste Getriebeeinrichtung 70 umfasst eine Spindel 85 mit einer schraubenförmig ausgebildeten ersten Verzahnung 90. Die Spindel 85 ist dabei mit der Motorwelle 65 drehmomentschlüssig verbunden. Dabei ist besonders von Vorteil, wenn die Motorwelle 65 umfangsseitig durch die Spindel 85 umgriffen wird. Ferner umfasst die erste Getriebeeinrichtung 70 eine Spindelmutter 95. Die Spindelmutter 95 weist innenseitig eine zweite Verzahnung 100 auf, die korrespondierend zu der ersten Verzahnung 90 ausgebildet ist. Die zweite Verzahnung 100 greift dabei kämmend in die erste Verzahnung 90 ein. Dabei ist von besonderem Vorteil, wenn die erste Verzahnung 90 zu der zweiten Verzahnung 100 derart aufeinander abgestimmt sind, dass die erste Verzahnung 90 zu der zweiten Verzahnung 100 schwergängig und/oder besonders vorteilhafterweise selbstsperrend ausgebildet sind.
Das Getriebesystem 50 umfasst ferner ein Drehgelenk 105, wobei die Spindelmutter 95 über ein Drehgelenk 105 mit einem ersten Ende der Koppelschwinge 80 verbunden ist. Das Drehgelenk 105 weist eine Gelenkachse 110 auf. Die Gelenkachse 110 ist dabei senkrecht zu der Motorwelle 65 und parallel zur Drehachse 35 angeordnet. An dem Drehgelenk 105 kann zusätzlich ein Sensor 115 vorgesehen sein, der mit einem Steuergerät des Antriebsmotors verbunden ist. Der Sensor 115 erfasst dabei eine Veränderung einer Stellung des Fahrpedals 15 über eine Veränderung im Winkel des Fahrpedals 15 zu der Tragestruktur 55. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der Sensor 115 andersartig ausgebildet und/oder in einer anderen Position angeordnet ist.
Die Tragestruktur 55 weist einen Führungsabschnitt 125 mit einer stegartig ausgebildeten Führung auf. An dem Führungsabschnitt 125 ist auf einer der ersten Getriebeeinrichtung 70 zugewandten Seite eine erste Anlagefläche 130 vorgesehen. Die erste Anlagefläche 130 ist parallel zu der Gelenkachse 110 angeordnet. Die Spindelmutter 95 weist auf einer dem Drehgelenk 105 abgewandten Seite eine zweite Anlagefläche 135 auf. Die zweite Anlagefläche 135 ist dabei ebenso wie die erste Anlagefläche 130 plan ausgebildet. Die beiden Anlageflächen 130, 135 liegen aneinander an. Dies führt dazu, dass, wenn über die Motorwelle 65 eine Verdrehung bzw. ein Drehmoment des Verstellmotors 60 in die Spindel 85 eingeleitet wird, die Spindelmutter 95 durch das Anliegen der beiden Anlageflächen 130, 135 und den Kämmeingriff zwischen den beiden Verzahnungen 90, 100 parallel zu den Anlageflächen 130, 135 in einer linearen Bewegung verschoben wird und ein Verdrehung der Spindelmutter 95 gegenüber der Tragestruktur 55 verhindert wird.
Um eine zuverlässige lineare Führung der Spindelmutter 95 an dem Führungsabschnitt 125 zu gewährleisten, ist auch denkbar, dass beispielsweise die Spindelmutter 95 eine Nut aufweist, wobei in die Nut der Führungsabschnitt der Tragestruktur eingreift.
Die zweite Getriebeeinrichtung 75 umfasst ein erstes Stirnrad 140 und ein zweites Stirnrad 145. Das erste Stirnrad 140 umfasst dabei eine dritte Verzahnung 150, die auf einer zu den Anlageflächen 130, 135 und zu der ersten Getriebeeinrichtung 70 zugewandten Seite des Stirnrads 140 angeordnet ist. Das erste Stirnrad 140 ist dabei einstückig und materialeinheitlich mit der Tragestruktur 55 ausgebildet. In der Ausführungsform ist das erste Stirnrad 140 als Teilabschnitt eines Hohlrads ausgebildet. Die dritte Verzahnung 150 weist dabei eine Stirnradachse 155 auf, die mit der Drehachse 35 der ersten Federeinrichtung 25 überlappt.
Das zweite Stirnrad 145 ist an einem zweiten Ende der Koppelschwinge 80 angeordnet und mit dieser verbunden. Das zweite Stirnrad 145 weist eine vierte Verzahnung 156 auf, die korrespondierend zu der dritten Verzahnung 150 ausgebildet ist. Die vierte Verzahnung 156 greift dabei kämmend in die dritte Verzahnung 150 ein und rollt dabei auf einem Wälzkreis 160 ab, der einem Wälzradius r_W aufweist. Der Wälzkreis 160 weist eine Wälzkreisachse 165 auf.
Die Koppelschwinge 80 weist eine Öffnung 170 auf. Die Öffnung 170 weist eine Öffnungsachse 175 auf. Die Öffnungsachse 175 überlappt dabei mit der Wälzkreisachse 165 und ist parallel zu der Drehachse 35 angeordnet. Die Öffnung 170 ist dabei zwischen dem zweiten Stirnrad 145, insbesondere der vierten Verzahnung 156, und dem Drehgelenk 105 angeordnet. In der Ausführungsform ist die Öffnung 170 mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgestaltet. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass die Öffnung 170 einen andersartigen Querschnitt aufweist.
In der Ausführungsform umfasst sind die beiden Federelemente 26, 27 beidseitig der Koppelschwinge 80 angeordnet. Dabei greifen jeweils die beiden zweiten Federarme 45 in die Öffnung 170 der Koppelschwinge 80 ein. Durch diese Ausgestaltung kann eine symmetrische Kraftübertragen zwischen dem Fahrpedal 15 und der Einrichtung 20 gewährleistet werden. Dies erlaubt eine besonders einfache Lagerung sowohl des Fahrpedals 15 als auch des Getriebesystems 50.
Der zweite Federarm 45 ist parallel zu der Drehachse 35 ausgerichtet, während sich der erste Federarm 40 im Wesentlichen tangential bezogen auf die Drehachse 35 erstreckt. Der zweite Federarm 45 greift in die Öffnung 170 ein, wobei die Öffnung 170 korrespondierend zu der Umfangskontur des zweiten Federarms 45 ausgebildet ist.
Der erste Federarm 40 weist an einem freien Ende 180 einen Abrollabschnitt 185 auf, der gebogen ausgebildet ist. Der Abrollabschnitt 185 ist dabei dem Fahrpedal 15 zugeordnet. An dem Abrollabschnitt 185 liegt dabei der erste Federarm 40 in betätigtem Zustand des Fahrpedals 15 an. Je nach Ausgestaltung der ersten Federeinrichtung 25 ist auch denkbar, dass beispielsweise in der Ausgangslage, wie in 1 und 2 gezeigt, der Abrollabschnitt 185 beabstandet zu einer Unterseite 190 des Fahrpedals 15 angeordnet ist. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass in der Ausgangslage der Abrollabschnitt 185 an der Unterseite 190 des Fahrpedals 15 anliegt.
Um eine Verschiebung der ersten Federeinrichtung 25 zu vermeiden, überlappt die Wälzkreisachse 165 mit der Öffnungsachse 175. Ferner weist die Gelenkachse 110 zu der Öffnungsachse 175 einen ersten Abstand a₁ auf. Des Weiteren weist die Öffnungsachse 175 zu der Drehachse 35 einen zweiten Abstand a₂ auf. Dabei entspricht der zweite Abstand a₂ dem ersten Abstand a₁. Ferner entspricht der Abstand a₁ dem Wälzradius r_w.
Zusätzlich weist die Fahrpedaleinheit 10 eine zweite Federeinrichtung 191 auf. Die zweite Federeinrichtung 191 ist als Schraubenfeder ausgebildet und ist mit einem ersten Ende 195 mit der Tragestruktur und mit einem zweiten Ende 200 mit dem Fahrpedal 15 verbunden. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass auf die zweite Federeinrichtung 191 verzichtet wird.
Wird das Fahrpedal 15 in Richtung dem ersten Ende 195 betätigt, so schwenkt das Fahrpedal 15 aufgrund der Kopplung des Fahrpedals 15 mit dem Drehgelenk 105 um die Gelenkachse 110. Dabei betätigt das Fahrpedal 15 sowohl die erste Federeinrichtung 25 als auch die zweite Federeinrichtung 191 und verspannt die beiden Federeinrichtungen 25, 191. Durch die Verspannung stellen die beiden Federeinrichtungen 25, 191 jeweils einen Teil der Gegenkraft F_R zur Überführung des Fahrpedals 15 zurück in die Ausgangslage bereit. Dadurch wird mit einer zunehmenden Betätigung des Fahrpedals 15 die Gegenkraft F_R erhöht. Die Gegenkraft F_R der ersten Federeinrichtung 25 wird dabei über die beiden Getriebeeinrichtungen 70, 75 an der Tragestruktur 55 abgestützt.
Um die Gegenkraft F_R zu verändern, treibt der Verstellmotor 60 die Spindel 85 an. Die Spindel 85 verschiebt die Spindelmutter 95 in linearer Richtung, sodass dadurch auch die Gelenkachse 110 verschoben wird. Dabei betätigt das Drehgelenk 105 die Koppelschwinge 80 und die Koppelschwinge 80 das zweite Stirnrad 145. Durch die Verschiebung der Spindelmutter 95 rollt das zweite Stirnrad 145 an dem ersten Stirnrad 140 ab. Gleichzeitig verfährt die Öffnung 170 entlang einer Kreisbahn 205. Die Kreisbahn 205 weist dabei den zweiten Abstand a₂ als Radius auf, wobei als Mittelpunkt der Kreisbahn die Drehachse 35 der ersten Federeinrichtung 25 dient. Je nach Verfahrrichtung der Spindelmutter 95 wird dabei die erste Federeinrichtung 25 gegen das Fahrpedal 15 verspannt oder eine Vorspannung der ersten Federeinrichtung 25 reduziert.
Dabei kann der Verstellmotor 60 derart von einem Steuergerät angesteuert werden, dass die Gegenkraft F_R mit steigender Auslenkung des Fahrpedals 15 aus der Ausgangslage im Wesentlichen konstant ist. Fällt im Fehlerfall, beispielsweise wenn der Verstellmotor 60 ausfällt und eine Verstellung der Verstelleinrichtung 30 blockiert ist, die Verstelleinrichtung 30 aus, so muss nur dann das Fahrpedal 15 gegen die Kennlinie der ersten Federeinrichtung 25 und der zweiten Federeinrichtung 191 betätigt werden. Dies führt zu einer hohen ansteigenden Betätigungskraft F, sodass dem Nutzer der Ausfall des Verstellmotors 60 auf einfache Weise signalisiert wird.
Ferner ist auch denkbar, die Gegenkraft F_R zeitlich zu variieren, um dem Fahrer ein haptisches Feedback über sein Steuerverhalten zu geben. Dazu kann beispielsweise bei konstanter Betätigungskraft F das Steuergerät die Verstelleinrichtung 30 derart ansteuern, dass die Gegenkraft F_R über ein Zeitintervall variiert und beispielsweise um einen vordefinierten Wert schwankt. Wird während der Betätigung des Fahrpedals 15 die Verstelleinrichtung 30 betätigt, so ist bei der Auslegung der ersten Federeinrichtung 25 die erste Federeinrichtung 25 auf einen Vorspannwinkel α auszulegen. Dabei wird unter dem Vorspannwinkel α der Winkel verstanden, zwischen dem der erste Federarm 40 ohne Last die Unterseite des Fahrpedals 15 berühren würde und bei der gewünschten Position das Fahrpedal 15 entsprechend bei nicht montiertem Fahrpedal 15 über die Unterseite des Fahrpedals 15 (strichliert in 3 dargestellt) herausragen würde. Für einen Ausfall des Verstellmotors 60 ist jedoch auch bei der Auslegung der ersten Federeinrichtung 25 der Fall zu berücksichtigen, dass zusätzlich im Falle des Ausfalls des Verstellmotors 60 die erste Federeinrichtung 25 zusätzlich zum Vorspannwinkel α einen Pedalwinkel β (strichliert in 1 gezeigt), also einen Winkel zwischen der Unterseite in der Ausgangslage und einer voll betätigten Stellung des Fahrpedals 15, verkraftet.
Die oben beschriebene Ausgestaltung hat ferner den Vorteil, dass der Verstellmotor 60 ohne zusätzliches Getriebe auskommen kann. Ferner kann der Verstellmotor 60 besonders nahe an der Drehachse 35 angeordnet werden, sodass eine Massenträgheit der Verstelleinrichtung 30 bei Betätigung des Fahrpedals 15 reduziert wird. Auch wird dabei die Betätigungskraft F zur Betätigung des Fahrpedals 15 reduziert.
Wird die erste Verzahnung 90 zu der zweiten Verzahnung 100 so abgestimmt, dass diese selbsthemmend oder schwergängig ist, wird ein geringer Rückwärtswirkungsgrad des Getriebesystems 50 erreicht. Dadurch kann der Verstellmotor 60 insgesamt nochmals kompakter ausgebildet werden, da dieser ausschließlich Kräfte zur Verstellung der ersten Federeinrichtung 25 aufbringen muss und keine zusätzlichen weiteren Kräfte zur Bereitstellung der Gegenkraft F_R. Ferner kann dadurch die erste Federeinrichtung 25 besonders kompakt ausgebildet werden, sodass insgesamt die Einrichtung 20 gegenüber bekannten Einrichtungen einen 70-prozentig geringeren Bauraumbedarf aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013209370 A1 [0002]

Claims

Fahrpedaleinheit (10) für ein Kraftfahrzeug, – aufweisend ein Fahrpedal (15) und eine Einrichtung (20), – wobei das Fahrpedal (15) ausgebildet ist, wenigstens eine Komponente eines Kraftfahrzeugs zu steuern, – wobei die Einrichtung (20) ausgebildet ist, eine Gegenkraft bereitzustellen, – wobei die Einrichtung (20) eine erste Federeinrichtung (25) und eine Verstelleinrichtung (30) umfasst, – wobei die erste Federeinrichtung (25) ausgebildet ist, zumindest teilweise die Gegenkraft (F_R) bereitzustellen, – wobei die Verstelleinrichtung (30) ausgebildet ist, die erste Federeinrichtung (25) um eine Drehachse (35) der ersten Federeinrichtung (25) zu verdrehen.
Fahrpedaleinheit (10) nach Anspruch 1, – wobei die Verstelleinrichtung (30) ein Getriebesystem (50), eine Tragestruktur (55) und einen Verstellmotor (60) umfasst, – wobei der Verstellmotor (60) ausgebildet ist, ein Drehmoment bereitzustellen, – das Getriebesystem (50) umfasst eine erste Getriebeeinrichtung (70), eine zweite Getriebeeinrichtung (75) und eine Koppelschwinge (80), – wobei die erste Getriebeeinrichtung (70) mit dem Verstellmotor (60) verbunden ist, – wobei die erste Getriebeeinrichtung (70) mittels der Koppelschwinge (80) mit der zweiten Getriebeeinrichtung (75) gekoppelt ist, – wobei die beiden Getriebeeinrichtungen (70, 75) ausgebildet sind, zumindest teilweise die Gegenkraft abzustützen.
Fahrpedaleinheit (10) nach Anspruch 2, – wobei die erste Getriebeeinrichtung (70) eine Spindel (85) und eine die Spindel (85) zumindest teilweise umgreifende Spindelmutter (95) aufweist, – wobei die Spindel (85) eine erste schraubenförmig ausgebildete Verzahnung (90) und die Spindelmutter (95) eine korrespondierend zur ersten Verzahnung (90) ausgebildete zweite Verzahnung (100) aufweist, – wobei die zweite Verzahnung (100) einen Kämmeingriff mit der ersten Verzahnung (90) aufweist, – wobei die Spindelmutter (95) mit der Koppelschwinge (80) und die Spindel (85) mit dem Verstellmotor (60) gekoppelt sind, – wobei vorzugsweise die erste Verzahnung (90) derart zu der zweiten Verzahnung (100) abgestimmt ist, dass die erste Getriebeeinrichtung (70) selbsthemmend und/oder schwergängig ausgebildet ist.
Fahrpedaleinheit (10) nach Anspruch 3, – wobei die Tragestruktur (55) eine erste Anlagefläche (130) und die Spindelmutter (95) eine zweite Anlagefläche (135) aufweist, – wobei die zweite Anlagefläche (135) an der ersten Anlagefläche (130) anliegt und eine Verdrehung der Spindelmutter (95) gegenüber der Tragestruktur (55) verhindert.
Fahrpedaleinheit (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, – wobei das Getriebesystem (50) ein Drehgelenk (105) umfasst, – wobei die erste Getriebeeinrichtung (70) mittels des Drehgelenks (105) mit der Koppelschwinge (80) verbunden ist, – wobei vorzugsweise an dem Drehgelenk (105) ein Sensor (115) angeordnet ist, der ausgebildet ist, eine Betätigung des Fahrpedals (15) zu erfassen.
Federpedaleinrichtung nach Anspruch 5, – wobei das Drehgelenk (105) eine Gelenkachse (110) aufweist, – wobei die Drehachse (35) parallel zur Gelenkachse (110) ausgerichtet ist.
Fahrpedaleinheit (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, – wobei die zweite Getriebeeinrichtung (75) ein erstes Stirnrad (140) und ein zweites Stirnrad (145) aufweist, – wobei das erste Stirnrad (140) einen Kämmeingriff mit dem zweite Stirnrad (145) aufweist, – wobei das zweite Stirnrad (145) mit der Koppelschwinge (80) und das erste Stirnrad (140) mit der Tragestruktur (55) verbunden sind.
Fahrpedaleinheit (10) nach Anspruch 7, – wobei das erste Stirnrad (140) eine dritte Verzahnung (150) aufweist, – wobei die dritte Verzahnung (150) auf einer zur ersten Getriebeeinrichtung (70) zugewandeten Seite der Tragestruktur (55) angeordnet ist, – wobei die dritte Verzahnung (150) eine Stirnradachse (155) aufweist, – wobei die Stirnradachse (155) überlappend mit der Drehachse (35) angeordnet ist.
Fahrpedaleinheit (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, – wobei die Koppelschwinge (80) eine Öffnung (170) aufweist, – wobei die erste Federeinrichtung (25) einen ersten Federarm (40) und einen zweiten Federarm (45) aufweist, – wobei der erste Federarm (40) dem Fahrpedal (15) zugeordnet ist, – wobei in die Öffnung (170) der zweite Federarm (45) eingreift.
Fahrpedaleinheit (10) nach Anspruch 9, – wobei die Öffnung (170) zwischen dem zweiten Stirnrad (145) und dem Drehgelenk (105) angeordnet ist, – wobei das zweite Stirnrad (145) eine korrespondierend zur dritten Verzahnung (150) ausgebildete vierte Verzahnung (156) aufweist, – wobei die vierte Verzahnung (156) in die dritte Verzahnung (150) eingreift und auf einem Wälzkreis (160) abrollt, – wobei der Wälzkreis (160) eine Wälzkreisachse (165) und einen Wälzradius (r_W) aufweist, – wobei die Öffnung (170) eine Öffnungsachse (175) aufweist, – wobei die Wälzkreisachse (165) mit der Öffnungsachse (175) überlappt, – wobei ein erster Abstand (a₁) zwischen der Gelenkachse (110) und der Öffnungsachse (175) dem Wälzradius (r_W) entspricht, – wobei ein zweiter Abstand (a₂) zwischen der Öffnungsachse (175) und der Drehachse (35) dem ersten Abstand (a₁) entspricht.
Fahrpedaleinheit (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, – wobei der Verstellmotor (60) an der Tragestruktur (55) befestigt ist, – wobei vorteilhafterweise die Tragestruktur (55) einstückig und materialeinheitlich ausgebildet ist.
Fahrpedaleinheit (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 11, – wobei eine zweite Federeinrichtung (190) vorgesehen ist, – wobei die zweite Federeinrichtung (190) ausgebildet ist, zumindest teilweise die Gegenkraft (F_R) bereitzustellen, – wobei die zweite Federeinrichtung (190) mit einem ersten Ende (195) mit der Tragestruktur (55) und mit einem zweiten Ende (200) mit dem Fahrpedal (15) gekoppelt ist.
Fahrpedaleinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, – wobei die erste Federeinrichtung (25) wenigstens eine als Drehfeder ausgebildetes Federelement (26, 27) umfasst, – wobei das Federelement (26, 27) einen ersten Federarm (40) und einen zweiten Federarm (45) umfasst, – wobei der erste Federarm (40) sich im Wesentlichen tangential zur Drehachse (35) erstreckt, – wobei der zweite Federarm (45) im Wesentlichen parallel zur Drehachse (35) ausgerichtet ist.