DE102014224234B3

DE102014224234B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren einer Signalgebervorrichtung eines haptischen Fahrpedalmoduls für ein Kraftfahrzeug sowie haptisches Fahrpedalmodul

Info

Publication number: DE102014224234B3
Application number: DE102014224234.7A
Authority: DE
Inventors: Lukas Froehlich; Alexandre Wagner; Udo Sieber; Ulrich Bauer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2016-01-21
Anticipated expiration: 2034-11-28
Also published as: WO2016083011A3; EP3224689A2; WO2016083011A2

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Kalibrieren einer Signalgebervorrichtung (18) eines haptischen Fahrpedalmoduls (10) für ein Kraftfahrzeug sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens vorgeschlagen. Die Signalgebervorrichtung (18) weist ein mit einer Welle (24) eines Aktuators (20) gekoppeltes Federelement (26) und ein Anschlagelement (28) auf, welches dazu ausgeführt ist, an einer Pedalnase (30) eines Pedalhebels (12) des Fahrpedalmoduls (10) anzuliegen und eine entgegen einer Betätigungsrichtung des Pedalhebels (12) wirkende Kraft als haptisches Signal zu erzeugen. Das Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es die folgende Schritte aufweist: Verlagern des Anschlagelements (28) entlang eines Verfahrwegs zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position; Ermitteln, entlang des Verfahrwegs, einer Aktuatorsensorspannung sowie einer zum Verlagern des Anschlagelements (28) dem Aktuator (20) zugeführten Aktuatorspannung und/oder eines zum Verlagern des Anschlagelements (28) dem Aktuator (20) zugeführten Aktuatorstromes; Approximieren eines ersten Bereichs (40) des Aktuatorstromes und/oder der Aktuatorspannung mit einem ersten Polynom; Approximieren eines zweiten Bereichs (42) des Aktuatorstromes und/oder der Aktuatorspannung mit einem zweiten Polynom; und Ermitteln eines Schnittpunktes (48) des ersten Polynoms und des zweiten Polynoms zum Bestimmen eines Berührpunktes zwischen dem Anschlagelement (28) und der Pedalnase (30).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer Signalgebervorrichtung eines haptischen Fahrpedalmoduls für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen eines derartigen Verfahrens sowie ein haptisches Fahrpedalmodul mit einer solchen Vorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Moderne Kraftfahrzeuge werden zunehmend mit haptischen Fahrpedalmodulen ausgestattet, welche es erlauben können, einem Fahrer des Kraftfahrzeugs durch ein an einem Fahrpedal bzw. Gaspedal spürbares haptisches Signal zuverlässig Information zu übermitteln.
Häufig wird ein haptisches Signal in Form einer entgegen einer Betätigung eines Pedalhebels des Fahrpedalmoduls durch den Fahrer wirkenden Kraft realisiert. Dazu können haptische Fahrpedalmodule eine Signalgebervorrichtung mit einem Aktuator aufweisen, welcher mit einem beweglichen Anschlagelement wirkverbunden ist, wobei das Anschlagelement mithilfe des Aktuators in Richtung einer Komponente des Pedalhebels verlagert werden kann, so dass dadurch die der Betätigung des Pedalhebels entgegenwirkende Kraft als haptisches Signal erzeugt wird.
Um in jeder beliebigen Stellung des Pedalhebels das haptische Signal zuverlässig und mit einer definierten Kraft erzeugen zu können, muss in der Regel eine Position des Anschlagelements entsprechend der Stellung des Pedalhebels angepasst werden. Dazu wird die Position des Anschlagelements häufig mit einem Sensorelement sensiert und mithilfe des Aktuators wird das Anschlagelement entsprechend der Stellung des Pedalhebels verlagert.
Aufgrund von fertigungsbedingten Toleranzen und/oder aufgrund von Toleranzen bei einem Einbau des Fahrpedalmoduls in ein Kraftfahrzeug, kann es jedoch nötig sein, eine Anschlagposition des Pedalhebels durch ein Kalibrierverfahren zu bestimmen.
Ein Verfahren zum Kalibrieren eines Pedalmoduls eines Kraftfahrzeugs ist aus der DE 10 2004 009 846 A1 bekannt, bei welchem das Pedalmodul in das Kraftfahrzeug eingebaut und bis zu einer Anschlagposition betätigt wird.
Aus der DE 10 2011 079 375 A1 ist ein weiteres Verfahren zum Betrieb einer Fahrpedaleinheit für Kraftfahrzeuge bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden ein Verfahren zum Kalibrieren einer Signalgebervorrichtung eines haptischen Fahrpedalmoduls für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, bei dem ein Sensorelement zur Messung eines Verdrehwinkels eingespart werden kann. Dies wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche erreicht. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, ein zuverlässiges, wartungsarmes und kostengünstiges haptisches Fahrpedalmodul bereitzustellen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Kalibrieren einer Signalgebervorrichtung eines haptischen Fahrpedalmoduls für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei die Signalgebervorrichtung ein mit einer Welle eines Aktuators gekoppeltes Federelement und ein Anschlagelement aufweist. Das Anschlagelement ist dazu ausgeführt, an einer Pedalnase eines Pedalhebels des Fahrpedalmoduls anzuliegen und eine entgegen einer Betätigungsrichtung des Pedalhebels wirkende Kraft als haptisches Signal zu erzeugen. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es die folgende Schritte aufweist: Verlagern, durch Betätigen des Aktuators, des Anschlagelements entlang eines Verfahrwegs zwischen einer ersten Position des Anschlagelements, in welcher das Federelement entspannt ist, vorzugsweise maximal entspannt ist, und einer zweiten Position, in welcher das Federelement gespannt ist; Ermitteln, entlang des Verfahrwegs, einer von einem Sensor des Aktuators generierten und mit einer Position des Aktuators korrelierenden Aktuatorsensorspannung und Ermitteln sowie einer zum Verlagern des Anschlagelements dem Aktuator zugeführten Aktuatorspannung und/oder eines zum Verlagern des Anschlagelements dem Aktuator zugeführten Aktuatorstromes; Approximieren eines ersten Bereichs des Aktuatorstromes und/oder der Aktuatorspannung in Abhängigkeit der Aktuatorsensorspannung mit einem ersten Polynom, wobei der erste Bereich derart gewählt ist, dass das Anschlagelement während eines Verlagerns innerhalb des ersten Bereichs stets nicht in mechanischem Kontakt mit der Pedalnase steht; Approximieren eines zweiten Bereichs des Aktuatorstromes und/oder der Aktuatorspannung in Abhängigkeit der Aktuatorsensorspannung mit einem zweiten Polynom, wobei der zweite Bereich derart gewählt ist, dass das Anschlagelement während eines Verlagerns innerhalb des zweiten Bereichs stets in mechanischem Kontakt mit der Pedalnase steht; und Ermitteln eines Schnittpunktes des ersten Polynoms und des zweiten Polynoms zum Bestimmen eines Berührpunktes zwischen dem Anschlagelement und der Pedalnase. Dabei können die entlang des Verfahrwegs ermittelten Werte der Aktuatorsensorspannung und der Aktuatorspannung bzw. des Aktuatorstroms zumindest zeitweise in einem Speicher gespeichert werden. Dadurch können sie beispielsweise mittels einer auf einem Rechner bzw. einem Computer implementierten Software für den Schritt des Approximierens zugänglich gemacht werden.
Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden. Bei einem haptischen bzw. aktiven Fahrpedalmodul kommt häufig eine Signalgebervorrichtung zum Einsatz, welche etwa ein als Torsionsfeder ausgebildetes Federelement aufweisen kann, das mit einem Aktuator verbunden ist, der beispielsweise von einem Elektromotor angetrieben werden kann. An dem Federelement ist meist das Anschlagelement angeordnet, das gegen die Pedalnase des Pedalhebels drücken kann und dadurch eine der Betätigung des Pedalhebels durch einen Fahrer entgegenwirkende Gegenkraft als haptisches Signal erzeugen kann. Eine Stellung des Pedalhebels und eine Position des Aktuators können dazu beispielsweise mithilfe des Sensors bzw. mithilfe geeigneter Sensorelemente und/oder Winkelsensoren, wie etwa Hall-Sensoren, bestimmt werden. Beispielsweise kann die Position des Aktuators über die von dem Sensor bzw. dem Sensorelement generierten Aktuatorsensorspannung bestimmt werden. Um ferner unabhängig von der Stellung des Pedalhebels eine bestimmte Sollkraft als haptisches Signal auf diesen ausüben zu können, sollte ferner ein Verdrehwinkel des Federelements detektiert werden und die Position des Anschlagelements muss der Stellung des Pedalhebels entsprechend nachgeführt werden. Für ein zuverlässiges Nachführen des Anschlagelements mithilfe des Aktuators in Abhängigkeit von der Stellung des Pedalhebels sollte ferner aus der Stellung des Pedalhebels eine Sollposition für den Aktuator bestimmt werden. Die Sollposition kann dabei etwa über einen Sollwinkel und/oder eine entsprechende Aktuatorspannung und/oder einen entsprechenden Aktuatorstrom für den Aktuator repräsentiert sein. Eine Schwierigkeit kann daher darin bestehen, die Berührpunkte zwischen Anschlagelement und Pedalnase für jede beliebige Stellung des Pedalhebels zu ermitteln. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in vorteilhafter Weise eine Schar von Berührpunkten des Anschlagelements mit der Pedalnase über eine Messung, insbesondere des Aktuatorstromes und/oder der Aktuatorspannung, in wenigstens einer definierten Pedalstellung, vorzugsweise in zwei definierten Pedalstellungen, wie etwa einer ersten einem Leerlauf entsprechenden Stellung (Leerlaufstellung) und einer zweiten einer Volllast entsprechenden Stellung (Volllaststellung), identifiziert werden. Insbesondere kann in vorteilhafter Weise durch eine Messung des Aktuatorstromes und/oder der Aktuatorspannung in einer einzigen Pedalstellung ein dieser Pedalstellung entsprechender Berührpunkt des Anschlagelements mit der Pedalnase ermittelt und/oder bestimmt werden. Grundsätzlich kann eine derartige Messung bei einer beliebigen, während der Messung konstant gehaltenen Pedalstellung erfolgen, vorzugsweise jedoch in der Leerlaufstellung oder der Volllaststellung. Über einen konstruktiv bedingten Zusammenhang bzw. ein konstruktives Zusammenwirken der Komponenten des Fahrpedalmoduls können dann alle weiteren Berührpunkte für jede beliebige Stellung des Pedalhebels berechnet bzw. bestimmt werden.
Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann so in vorteilhafter Weise ein Sensorelement zur Messung des Verdrehwinkels des Federelements entfallen, so dass das Fahrpedalmodul insgesamt kostengünstig, wartungsarm und robust ausgestaltet sein kann.
Die „erste Position des Anschlagelements” kann hier und im Folgenden eine Position bezeichnen, in welcher das Federelement als Kopplungselement zwischen Anschlagelement und Aktuator innerhalb der konstruktionsbedingten Grenzen maximal entspannt ist und das Anschlagelement die Pedalnase vollständig freigibt, d. h. in welcher der Pedalhebel über einen gesamten Pedalweg bewegbar ist, ohne das Anschlagelement zu berühren. Die „zweite Position des Anschlagelements” kann dagegen eine Position bezeichnen, in welcher das Federelement gespannt ist und das Anschlagelement an der Pedalnase mit Kraft anliegt.
Die „Aktuatorsensorspannung” kann hier und im Folgenden eine Spannung bezeichnen, welche von dem Sensor, etwa einem Hallsensor und/oder einem Winkelsensor, des Aktuators generiert und ausgegeben werden kann und welche mit einer Position und/oder einem Drehwinkel und/oder einem Betätigungsgrad des Aktuators korrelieren kann.
Hier und im Folgenden können die Begriffe „Aktuator und Aktor”, „Aktuatorspannung und Aktorspannung”, „Aktuatorstrom und Aktorstrom” sowie „Aktuatorsensorpannung und Aktorsensorspannung” synonym verwendet sein.
Der „erste und der zweite Bereich” können jeweils einen Wertebereich der Aktuatorspannung und/oder des Aktuatorstromes bezeichnen, in welchem die tatsächliche Messung des Aktuatorstromes und/oder der Aktuatorspannung als Funktion der Aktuatorsensorspannung durch das erste und zweite Polynome approximiert wird.
Der „Schnittpunkt des ersten Polynoms und des zweiten Polynoms” kann dabei hinsichtlich eines Wertes der Aktuatorsensorspannung zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich liegen und denjenigen Wert der Aktuatorsensorspannung und/oder des Aktuatorstromes und/oder der Aktuatorspannung definieren, an welchem das Anschlagelement gerade die Pedalnase berührt bzw. an dieser anliegt.
Das „Approximieren des ersten bzw. zweiten Bereichs mit dem ersten bzw. zweiten Polynom” kann hier und im Folgenden ein näherungsweises mathematisches Beschreiben bzw. ein Fitten des tatsächlichen Kurvenverlaufs des Aktuatorstromes und/oder der Aktuatorspannung in Abhängigkeit der Aktuatorsensorspannung bezeichnen.
Im Allgemeinen ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Aktuatorsensorspannung sowie die Aktuatorspannung und/oder den Aktuatorstrom entlang des Verfahrwegs zu ermitteln. Das erste und das zweite Polynom können dann an einen Verlauf des Aktuatorstromes und/oder der Aktuatorspannung, jeweils als Funktion der Aktuatorsensorspannung gefittet werden und ein Schnittpunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Polynom kann ermittelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Welle des Aktuators zum Verlagern des Anschlagelements mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit betätigt. Ein Konstanthalten der Drehgeschwindigkeit kann in vorteilhafter Weise das Approximieren des ersten bzw. zweiten Bereichs mit dem ersten bzw. zweiten Polynom vereinfachen. Die Drehgeschwindigkeit der Welle des Aktuators kann eine Verfahrgeschwindigkeit und/oder eine Winkelgeschwindigkeit der Welle bezeichnen. Entsprechend einer Übersetzung zwischen Aktuator und Welle kann eine Drehgeschwindigkeit bzw. Verfahrgeschwindigkeit bzw. Winkelgeschwindigkeit des Aktuators identisch zu der Drehgeschwindigkeit der Welle oder verschieden von dieser sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Welle des Aktuators zum Verlagern des Anschlagelements mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit in einem Bereich von 50°/s bis 200°/s betätigt, insbesondere in einem Bereich von 70°/s bis 180°/s und vorzugsweise in einem Bereich von 100°/s bis 130°/s. Die Drehgeschwindigkeit ist hierbei rein exemplarisch in Einheiten von Winkelgrad pro Sekunde angegeben. Beliebige andere Einheiten, wie etwa Umdrehungen pro Sekunde, sind denkbar. Eine konstante Drehgeschwindigkeit in den oben angegebenen Bereichen kann vorteilhaft sein, da etwa bei zu langsamer Drehgeschwindigkeit sogenannte Stick-Slip-Effekte auftreten können, wodurch Stromrippeln in der Messung des Aktuatorstromes auftreten und die Dauer des Kalibrierungsprozesses erhöht sein können. Wird die Drehgeschwindigkeit dagegen zu hoch angesetzt, so können störende Überschwinger im Stromverlauf auftreten, die sich zu Beginn einer Verlagerung des Anschlagelements bzw. einer Bewegung des Aktuators durch eine Überwindung einer Haftreibung, etwa eines Getriebes zwischen Aktuator und Welle, einstellen können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das erste Polynom ein Polynom nullten Grades. Mit anderen Worten ist der durch das erste Polynom in dem ersten Bereich approximierte Aktuatorstrom und/oder die Aktuatorspannung konstant.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Polynom ein Polynom ersten Grades. Mit anderen Worten kann das zweite Polynom eine lineare Abhängigkeit des Aktuatorstroms und/oder der Aktuatorspannung von der Aktuatorsensorspannung in dem zweiten Bereich abbilden bzw. fitten bzw. approximieren.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Schritt des Verlagerns des Anschlagelements ein Bewegen des Anschlagelements von der ersten Position zu der zweiten Position und von der zweiten Position zurück zu der ersten Position. Mit anderen Worten kann das Anschlagelement aus der ersten Position, in welcher es die Pedalnase vollständig freigeben kann, in die zweite Position gefahren werden, in welcher es mit Kraft auf der Pedalnase aufliegen kann, und wieder zurück in die erste Position gefahren werden. Das Anschlagelement wird somit einmal in Richtung der Pedalnase bewegt und einmal von dieser weg, wobei das Federelement einmal gespannt wird und dann wieder entspannt wird. Auch ein umgekehrter Verfahrweg des Anschlagelements von der zweiten Position in die erste Position und zurück in die zweite Position ist möglich.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Pedalhebel während des Verlagerns des Anschlagelements in einer Stellung fixiert. Ein Fixieren des Pedalhebels kann in vorteilhafter Weise eine Güte der Bestimmung des Berührpunktes aus dem Schnittpunkt des ersten Polynoms und des zweiten Polynoms erhöhen bzw. würde ein Bewegen des Pedalhebels, etwa während des Verlagerns des Anschlagelements, d. h. während einer Kalibrierphase, die Bestimmung des Berührpunktes verfälschen. Vorteilhafter Weise ist der Pedalhebel in einer einem Leerlauf entsprechenden Stellung, d. h. einer Stellung, in welcher der Pedalhebel vollständig unbetätigt ist, oder in einer einer Volllast entsprechenden Stellung, d. h. in einer Stellung, in welcher der Pedalhebel maximal betätigt ist, fixiert.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren weiter die folgenden Schritte, die bei einer festen Stellung des Pedalhebels beispielsweise vor den übrigen Schritten des Verfahrens durchgeführt werden können: Betätigen des Aktuators mit einer zeitlich variablen ersten Steuerspannung bis zu einem ersten mechanischen Endanschlag des Aktuators und Speichern einer ersten Grenzspannung und/oder einer ersten Winkelstellung des Aktuators nach Erreichen des ersten Endanschlags; und Betätigen des Aktuators mit einer zeitlich variablen zweiten Steuerspannung bis zu einem zweiten mechanischen Endanschlag des Aktuators und Speichern einer zweiten Grenzspannung und/oder einer zweiten Winkelstellung des Aktuators nach Erreichen des zweiten Endanschlags. Dabei unterscheiden sich vorzugsweise die erste Steuerspannung und die zweite Steuerspannung hinsichtlich ihrer Polarität, so dass der Aktuator etwa in zwei entgegengesetzt gerichtete Bewegungsrichtungen verfahren werden kann. Entscheidend ist es, dass der Aktuator bzw. Aktor die Welle in zwei gegensätzlichen Drehrichtungen verdrehen kann, was in anderen Ausführungsformen z. B. auch durch eine Getriebeumschaltung erreicht werden könnte. Somit können in vorteilhafter Weise der erste und der zweite mechanische Endanschlag, zwischen denen der Aktuator bewegt werden kann, bestimmt werden. Die erste und zweite Grenzspannung können dabei jeweils einen Wert der Aktuatorsensorspannung bezeichnen, welcher von dem Sensor des Aktuators in jeweils einer einem der beiden mechanischen Endanschläge entsprechenden Position bzw. Winkelstellung des Aktuators ausgegeben werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Ermitteln des Schnittpunktes ein Extrapolieren des ersten Polynoms und des zweiten Polynoms. Der Schnittpunkt des ersten und zweiten Polynoms kann beispielsweise in einem Wertebereich der Aktuatorsensorspannung liegen, welcher zwischen Werten des ersten und zweiten Bereichs liegt. Dementsprechend kann das erste Polynom zur Bestimmung des Schnittpunktes insbesondere zu Werten der Aktuatorsensorspannung extrapoliert sein, welche betragsmäßig kleiner als Werte der Aktuatorsensorspannung in dem ersten Bereich sein können, und das zweite Polynom kann insbesondere zu Werten der Aktuatorsensorspannung extrapoliert sein, welche größer als Werte der Aktuatorsensorspannung in dem zweiten Bereich sein können. In anderen Ausführungsformen bzw. je nach Darstellung des Aktuatorstromes und/oder der Aktuatorspannung als Funktion der Aktuatorsensorspannung kann der Schnittpunkt des ersten und zweiten Polynoms auch in einem anderen Wertebereich liegen. Beispielsweise kann der Schnittpunkt bei Werten der Aktuatorsensorspannung liegen, welche betragsmäßig größer als Werte der Aktuatorsensorspannung in dem ersten Bereich sein können. Dementsprechend kann zur Bestimmung des Schnittpunktes alternativ oder zusätzlich eine Extrapolation des ersten Polynoms zu betragsmäßig höheren Werten als Werte der Aktuatorsensorspannung in dem ersten Bereich und/oder eine Extrapolation des zweiten Polynoms zu betragsmäßig kleineren Werten als Werte der Aktuatorsensorspannung in dem zweiten Bereich erfolgen, so dass in jedem Fall der Schnittpunkt des ersten und des zweiten Polynoms zuverlässig bestimmt werden kann.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens so wie obenstehend und untenstehend beschrieben. Die Vorrichtung kann etwa als Steuergerät im Kraftfahrzeug verbaut sein und/oder eine Vorrichtung bei einem Hersteller des Fahrpedalmoduls bezeichnen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein haptisches Fahrpedalmodul für ein Kraftfahrzeug mit einer Signalgebervorrichtung zum Ansteuern eines Aktuators des Fahrpedalmoduls, wobei das Fahrpedalmodul eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, so wie obenstehend und untenstehend beschrieben, aufweist. Dadurch kann das haptische Fahrpedalmodul bereits beim Hersteller kalibriert werden und eine bei der Kalibrierung gewonnene Kalibrierinformation kann bereits vom Hersteller in der Vorrichtung hinterlegt sein. Zusätzlich das erfindungsgemäße Fahrpedalmodul nach Einbau in ein Kraftfahrzeug mithilfe der Vorrichtung kalibriert und/oder nachkalibriert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1A und 1B zeigen jeweils einen Teil eines haptischen Fahrpedalmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 veranschaulicht Prozessschritte, wie sie bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kalibrieren eines haptischen Fahrpedalmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eingesetzt werden können.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
Ausführungsformen der Erfindung
1A und 1B zeigen jeweils einen Teil eines haptischen Fahrpedalmoduls 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das Fahrpedalmodul 10 weist einen in einem Gehäuse drehbar bzw. schwenkbar gelagerten Pedalhebel 12 auf, an welchem an einem Ende eine Pedalplatte 14 angeordnet ist. Ein Fahrer des Kraftfahrzeugs kann den Pedalhebel 12 durch Niederdrücken der Pedalplatte 14 aus einer Ruhestellung des Pedalhebels 12 verlagern, wodurch beispielsweise ein Drehmoment einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs entsprechend einer Stellung des Pedalhebels 12 geregelt werden kann. Über ein Rückstellfederelement 16 ist der Pedalhebel 12 in Richtung der Ruhestellung des Pedalhebels 12 vorgespannt.
Weiter weist das Fahrpedalmodul 10 eine Signalgebervorrichtung 18 zum Erzeugen eines haptischen für den Fahrer spürbaren Signals auf. Die Signalgebervorrichtung 18 weist einen Aktuator 20 auf, welcher beispielsweise als Gleichstrommotor ausgeführt sein kann. Der Aktuator 20 ist über ein Getriebe 22, welches etwa als Schneckengetriebe ausgeführt sein kann, und eine Welle 24 mit einem Federelement 26 gekoppelt, welches etwa als Torsionsfeder ausgeführt sein kann. An dem Federelement 26 ist ferner ein Anschlagelement 28 angeordnet, das zum Erzeugen des haptischen Signals an einer Pedalnase 30 des Pedalhebels 12 anliegen kann. Die Pedalnase 30 ist dabei an einem weiteren Ende des Pedalhebels angeordnet, welches der Pedalplatte 14 gegenüberliegt. Allgemein kann die Pedalnase 30 als Angriffselement erachtet werden, an welchem der Aktuator 20 über das Anschlagelement 28 zum Erzeugen des haptischen Signals angreifen kann. Grundsätzlich kann die Pedalnase 30 an einer beliebigen Position entlang eines Umfangs des Pedalhebels 12, beispielsweise seitlich an dem Pedalhebel 12, und/oder einer beliebigen Position entlang einer Längserstreckungsrichtung des Pedalhebels 12 angeordnet sein, wobei das Anschlagelement 28 entsprechend der Position der Pedalnase 30 an dem Pedalhebel 12 angeordnet sein kann.
Weiter weist die Signalgebervorrichtung 18 einen Sensor 32 auf, welcher etwa als Hall-Sensor ausgeführt sein kann und welcher dazu ausgebildet sein kann, eine Position des Aktuators 20, wie beispielsweise eine Winkelstellung des Aktuators 20, zu sensieren. Der Sensor 32 kann etwa einen Drehwinkelsensor zur Bestimmung einer Winkelstellung des Aktuators 20 bezeichnen.
Soll ein haptisches Signal an dem Fahrpedalmodul 10 bzw. an dem Pedalhebel 12 erzeugt werden, so wird ein Rotor des Aktuators 20 in Rotation versetzt, wobei die Rotation über das Getriebe 22 auf die Welle 24 übertragen wird. Dadurch wird das Anschlagelement 28 in Richtung der Pedalnase 30 verlagert. Berührt das Anschlagelement 28 die Pedalnase 30, so wird das Federelement 26 zumindest teilweise gespannt, wodurch eine einer Betätigung des Pedalhebels 12 aus der Ruhestellung heraus entgegenwirkende Kraft als haptisches Signal erzeugt wird. Das Anschlagelement 28 kann nach Erzeugen des haptischen Signals wieder mithilfe des Aktuators 20 von der Pedalnase 30 wegbewegt werden. Die durch das Anschlagelement 28 auf die Pedalnase 30 bzw. den Pedalhebel 12 wirkende Kraft wirkt dabei beispielsweise in Richtung der Ruhestellung des Pedalhebels 12, welche beispielsweise einer Leerlaufstellung des Pedalhebels 12 bei einem in einem Kraftfahrzeug verbauten Fahrpedalmodul 10 entsprechen kann.
Zum zuverlässigen Erzeugen des haptischen Signals mit einer definierten bzw. gewünschten Sollkraft und/oder Signalstärke in jeder beliebigen Stellung des Pedalhebels 12 muss eine Position des Anschlagelements 28 der Stellung des Pedalhebels 12 entsprechend mithilfe des Aktuators 20 angepasst werden bzw. nachgefahren werden. Dazu weist das Fahrpedalmodul 10 eine Vorrichtung 33 auf, die dazu ausgeführt ist, ein Verfahren zum Kalibrieren der Signalgebervorrichtung 18, so wie obenstehend und untenstehend im Detail beschrieben, durchzuführen und/oder die dazu ausgeführt ist, eine Kalibrierinformation, etwa in einer Speichervorrichtung der Vorrichtung 33, zu hinterlegen. Die Vorrichtung 33 kann dazu etwa als Steuergerät im Kraftfahrzeug verbaut sein oder als Vorrichtung bei einem Hersteller des Fahrpedalmoduls 10 ausgeführt sein. So kann aus der hinterlegten Kalibrierinformation entsprechend einer Stellung des Pedalhebels 12 eine Position des Anschlagelements 28 und/oder eine für diese Position nötige Winkelstellung des Aktuators 20 und/oder eine dafür nötige Aktuatorspannung bzw. ein Aktuatorstrom zum Betreiben des Aktuators 20 und/oder zum Verlagern des Anschlagelements 28 in die gewünschte Position, in welcher etwa das Anschlagelement 28 an der Pedalnase 30 anliegen kann, bestimmt werden. Steht das Anschlagelement 28 in Berührkontakt mit der Pedalnase 30, so kann etwa bei Kenntnis einer Federkonstanten und/oder einer Federcharakteristik des Federelements 26 sowie mithilfe des Sensors 32 zur Bestimmung der Winkelstellung und/oder Position des Aktuators 20 das haptische Signal mit der definierten bzw. gewünschten Sollkraft und/oder Signalstärke erzeugt werden, ohne dass dafür eine Kraftmessvorrichtung zum Bestimmen einer durch das Anschlagelement 28 auf die Pedalnase 30 und/oder den Pedalhebel 12 ausgeübten Kraft vorgesehen sein muss. Mit anderen Worten kann so eine Winkelstellung und/oder Position des Aktuators 20 in eine auf den Pedalhebel 12 als haptisches Signal wirkende Kraft übersetzt werden bzw. kann aus der gewünschten Kraft des haptischen Signals die entsprechende Winkelstellung und/oder Position des Aktuators 20 ermittelt und/oder berechnet werden.
2 veranschaulicht Prozessschritte, wie sie bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kalibrieren eines haptischen Fahrpedalmoduls 10 eingesetzt werden können.
Grundsätzlich ist der Aktuator 20 mit Welle 24, Federelement 26 und Anschlagelement 28 zwischen einem ersten mechanischen Endanschlag und einem zweiten mechanischen Endanschlag frei beweglich. Um Informationen bezüglich der Endanschläge, wie etwa eine einem Endanschlag entsprechende Winkelstellung des Aktuators 20 und/oder eine einem Endanschlag entsprechende Grenzspannung bzw. Grenzwert einer Aktuatorsensorspannung, zu gewinnen, können zunächst die mechanischen Endanschläge angefahren werden und mittels der jeweils bei einem der Endanschläge ausgegebenen Grenzspannung bzw. Grenzwert der Aktuatorsensorspannung kann ein Koordinatensystem des Aktuators 20 aufgespannt werden, welches etwa in Form einer prozentualen Auslenkung des Aktuators 20 als Funktion der Aktuatorsensorspannung dargestellt werden kann.
Der Aktuator 20 wird dazu mit einer zeitlich variablen ersten Steuerspannung bis zu dem ersten mechanischen Endanschlag betätigt bzw. verfahren und nach Erreichen des ersten mechanischen Endanschlags kann eine bei Erreichen des Endanschlages gemessene erste Winkelstellung des Aktuators 20 und/oder eine dem ersten Endanschlag entsprechende erste Grenzspannung bzw. ein erster Grenzwert der Aktuatorsensorspannung, beispielsweise in einer Speichervorrichtung, hinterlegt werden. Weiter kann der Aktuator 20 mit einer zweiten zeitlich variablen Steuerspannung, welche sich bezüglich ihrer Polarität von der ersten Steuerspannung unterscheiden kann, in Gegenrichtung bis zu dem zweiten mechanischen Endanschlag betätigt bzw. verfahren werden, wobei bei Erreichen des zweiten mechanischen Endanschlags eine zweite Winkelstellung und/oder eine zweite Grenzspannung bzw. ein zweiter Grenzwert der Aktuatorsensorspannung in der Speichervorrichtung hinterlegt werden kann.
Die erste und die zweite Steuerspannung können beispielsweise durch eine zeitlich rampenförmig ansteigende Spannung unterschiedlicher Polarität realisiert sein, mithilfe derer der Aktuator 20 an den ersten und den zweiten mechanischen Endanschlag gefahren werden kann. Dies kann beispielsweise als sogenannter Duty Cycle (wiedergegeben als Pulsweitenmodulation PWM) zwischen –100% und +100% als Funktion der Zeit dargestellt werden. Dabei kann dem Aktuator 20 bei jeweils einem Endanschlag ein maximaler Aktuatorstrom bzw. eine maximale Aktuatorspannung in positiver wie negativer Bewegungsrichtung des Aktuators 20 zugeführt sein, wobei die jeweiligen Endanschläge spätestens bei –100% Duty Cycle bzw. +100% Duty Cycle erreicht sein können. Bei diesen Maximalwerten (+/–100% Duty Cycle) des Aktuatorstromes und/oder der Aktuatorspannung kann somit sichergestellt sein, dass mittels des Aktuators 20 das Anschlagelement 28 in eine Position gefahren sein kann, in der das Federelement 26 bei dem ersten Endanschlag (spätestens bei –100%) bzw. bei dem zweiten Endanschlag (spätestens bei +100%) jeweils voll gespannt sein kann und die Welle 24 somit nicht weiter gedreht werden kann.
Dazu kann etwa der Aktuator 20 exemplarisch wie im Folgenden beschrieben betätigt werden, wobei Wertangaben im Folgenden lediglich beispielhaft sind. Ausgehend von einer Stellung, welche beispielsweise 0% Duty Cycle entsprechen kann, kann der Aktuator 20 beispielsweise bis –100% Duty Cycle gefahren werden. Dabei dreht sich die Welle 24 solange mit, bis das Federelement 26 nach Eintreffen des Anschlagelements am ersten Endanschlag voll gespannt ist, was beispielsweise bei –80% Duty Cylce der Fall sein kann. Wenn das Federelement 26 voll gespannt ist, ändert sich der Drehwinkel des Aktuators 20 nicht mehr und folglich bleibt auch das Sensorsignal des Sensors 32, etwa die Aktuatorsensorspannung, konstant. Ungeachtet dessen kann der Duty Cycle bis –100% weiter gefahren werden, so dass sichergestellt sein kann, dass der erste mechanische Endanschlag erreicht ist. In dieser dem ersten Endanschlag entsprechenden Stellung des Aktuators 20 kann das Sensor-Spannungssignal bzw. die erste Grenzspannung der Aktuatorsensorspannung und/oder eine erste Winkelstellung des Aktuators 20 erfasst und z. B. in einer Speichervorrichtung hinterlegt werden. Nun kann der Duty Cycle in Gegenrichtung bis +100% gefahren werden, etwa durch Umpolen der dem Aktuator 20 zugeführten Aktuatorspannung und/oder des Aktuatorstromes oder alternativ beispielsweise durch Umschalten eines Getriebes zwischen Aktuator und Welle in einen Rückwärtsgang. Der zweite mechanische Endanschlag kann dabei z. B. bei +75% Duty Cycle erreicht sein, wobei sich ab Erreichen des zweiten Endanschlags die Welle 24 nicht weiter dreht, da das Federelement 26 wiederum voll gespannt sein kann. Dennoch kann der Duty Cycle bis +100% gefahren werden, ohne dass das noch Einfluss auf die Drehung der Welle 24 hat. In dieser dem zweiten Endanschlag entsprechenden Stellung des Aktuators 20 bzw. bei +100% Duty Cycle kann das Sensor-Spannungssignal bzw. die zweite Grenzspannung der Aktuatorsensorspannung und/oder eine zweite Winkelstellung des Aktuators 20 erfasst und z. B. in der Speichervorrichtung hinterlegt werden. Der erste und zweite mechanische Endanschlag können so jeweils in Form der ersten und zweiten Grenzspannung und/oder in Form der ersten und zweiten Winkelstellung als für das Fahrpedalmodul 10 in einer definierten Stellung des Pedalhebels 12 (z. B. Leerlaufstellung oder Volllaststellung) inhärente Fixgrößen dauerhaft in der Speichervorrichtung hinterlegt werden. Der erste und zweite mechanische Endanschlag können so für das wie obenstehend und untenstehend im Detail erläuterte Kalibrierverfahren zur Verfügung stehen.
Ziel bei der Kalibrierung kann insbesondere sein, einen Berührpunkt zwischen dem Anschlagelement 28 und der Pedalnase 30 für wenigstens eine feste Stellung des Pedalhebels 12 zu ermitteln. Vorzugsweise wird der Berührpunkt bei zwei festen Stellungen des Pedalhebels 12 bestimmt, etwa einer Stellung bei einem vollständig unbetätigten Pedalhebel 12, welche einer Leerlaufstellung entsprechend kann, und einer Stellung des Pedalhebels 12 bei einem vollständig betätigten bzw. vollständig niedergedrückten Pedalhebel 12, welche einer Volllaststellung entsprechen kann. Anhand dieser experimentell ermittelten Berührpunkte kann das Anschlagelement 28 mit dem Aktuator 20 auf eine beliebige Stellung des Pedalhebels 12 geregelt werden.
Unter Berücksichtigung des ersten und des zweiten mechanischen Endanschlags kann der Aktuator 20 und das Anschlagelement 28 über einen vollen Bewegungsbereich zwischen den beiden Endanschlägen in Richtung der Pedalnase 30 und wieder zurück gefahren werden. Dabei muss der Aktuator 20 nicht zwingend vollständig an die beiden Endanschläge gefahren werden. Jedoch sollte das Anschlagelement 28 mit dem Aktuator 20 entlang eines Verfahrwegs verlagert werden, welcher von einer ersten Position des Anschlagelements 28, in welcher das Federelement 26 innerhalb konstruktionsbedingter Grenzen entspannt, vorzugsweise maximal entspannt, ist und das Anschlagelement 28 die Pedalnase 30 vollständig freigibt, hin zu einer zweiten Position reicht, in welcher das Anschlagelement 28 mit Kraft auf die Pedalnase 30 drückt und das Federelement 26 innerhalb konstruktionsbedingter Grenzen gespannt, vorzugsweise maximal gespannt, ist. Nach Erreichen der zweiten Position kann das Anschlagelement 28 wieder zurück in die erste Position gefahren werden, so dass das Anschlagelement 28 auf dem Verfahrweg einmal in Richtung der Pedalnase 30 verlagert wird, auf diese aufsetzt und sukzessive mit zunehmendem Druck auf diese gepresst wird und dann wieder von dieser wegbewegt wird.
Vorzugsweise wird der Aktuator 20 über den gesamten Verfahrweg mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit bzw. Winkelgeschwindigkeit bewegt. Der Pedalhebel 12 befindet sich dabei vorzugsweise zunächst in der Leerlaufstellung, wobei während des Betätigens des Aktuators 20 und/oder während des Verlagerns des Anschlagelements 28 eine dem Aktuator 20 zugeführte Aktuatorspannung und/oder ein dem Aktuator 20 zugeführter Aktuatorstrom sowie eine von dem Sensor 32 generierte und mit einer Position, etwa einer Winkelposition, des Aktuators 20 korrelierenden Aktuatorsenorspannung gemessen werden. Eine derartige Messung ist exemplarisch in 2 gezeigt, in welcher der Aktuatorstrom entlang des Verfahrwegs als Funktion der Aktuatorsensorspannung dargestellt ist. In 2 ist rein exemplarisch auf der x-Achse die Aktuatorsensorspannung und auf der y-Achse der Aktuatorstrom aufgetragen, wobei die in 2 an den jeweiligen Achsen angegeben Absolutwerte ebenfalls rein exemplarisch und nicht als einschränkend auszulegen sind. Alternativ oder zusätzlich kann die Messung über die Aktuatorspannung als Funktion der Aktuatorsensorspannung repräsentiert werden. Auch weitere Darstellungen, etwa eine logarithmische, eine exponentielle oder eine andere Darstellung, welche etwa in die in 2 gezeigte Darstellung transformierbar sein können, sind denkbar und von dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kalibrieren umfasst.
In 2 entspricht ein erster Ast 36 einer Verlagerung des Anschlagelements 28 in Richtung der Pedalnase 30 und ein zweiter Ast 38 entspricht einer Bewegung des Anschlagelements 28 in Gegenrichtung. Im Folgenden wird der in 2 exemplarisch dargestellte hystereseartige Verlauf des Aktuatorstromes als Funktion der Aktuatorsensorspannung startend bei hohen Werten der Aktuatorsensorspannung im ersten Ast 36 hin zu kleinen Werten der Aktuatorsensorspannung und anschließend im zweiten Ast 38 von kleinen hin zu hohen Werten der Aktuatorsensorspannung erläutert. Berührt das Anschlagelement 28 die Pedalnase 30 während des Verlagerns aus dem ersten mechanischen Endanschlag, welcher beispielsweise in einem Bereich zwischen 2,5 V und 3 V Aktuatorsensorspannung liegen kann, in Richtung der Pedalnase 30 noch nicht, so bleibt der Aktuatorstrom (bzw. die Aktuatorspannung) zunächst konstant, da abgesehen von einem mechanischen Widerstand z. B. des Getriebes 22 und/oder anderen Reibungsverlusten, kein mechanischer Widerstand auf das Anschlagelement 28 einwirkt. Der Aktuator 20 muss für das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren nicht zwingend ausgehend vom ersten Endanschlag verfahren werden, jedoch zumindest über einen gewissen Wertebereich, in welchem das Anschlagelement 28 die Pedalnase 30 nicht berührt. Sobald das Anschlagelement 28 die Pedalnase 30 berührt und somit nicht weiter verlagert werden kann, wird das Federelement 26 aufgezogen bzw. gespannt. Wird weiterhin auf eine konstante Winkelgeschwindigkeit bzw. Verfahrgeschwindigkeit bzw. Drehgeschwindigkeit des Aktuators 20 geregelt, so fällt der Aktuatorstrom (bzw. die Aktuatorspannung) aufgrund einer z. B. linear steigenden Last linear ab, wie exemplarisch in 2 im Wertebereich von rund 1,2 V bis rund 0,3 V Aktuatorsensorspannung im Ast 36 gezeigt. Der Aktuator 20 wird dabei in Richtung des zweiten mechanischen Endanschlags verfahren, welcher beispielsweise in einem Bereich zwischen 0 V und 0,4 V Aktuatorsensorspannung liegen kann. Der Aktuator 20 muss allerdings für das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren nicht zwingend an den zweiten Endanschlag verfahren werden, jedoch zumindest über einen gewissen Wertebereich in dem linear abfallenden Bereich, um mit ausreichender Präzision eine Steigung des linear abfallenden Bereichs bzw. Kurvenverlaufs bestimmen zu können. Ist der Aktuator 20 weit genug verfahren worden, so kann der Aktuator 20 in Gegenrichtung verfahren werden. Das Umkehren der Bewegungsrichtung des Aktuators 20 ist in 2 an dem vertikalen Kurvenverlauf bzw. dem Übergang vom ersten Ast 36 auf den zweiten Ast 38 bei rund 0,2 V Aktuatorsensorspannung ersichtlich. Bei der Rückbewegung des Aktuators 20 in Richtung des ersten mechanischen Endanschlages kann zunächst die in dem Federelement 26 gespeicherte Energie in kinetische Energie des Aktuators 20 gewandelt werden. Mit anderen Worten treibt zunächst das Federelement 26 den Aktuator 20 an bis das Federelement 26 vollständig entspannt ist, was sich bei Regelung des Aktuators 20 auf konstante Winkelgeschwindigkeit und/oder Drehgeschwindigkeit und/oder Verfahrgeschwindigkeit in einem linearen Anstieg des Aktuatorstromes als Funktion der Aktuatorsensorspannung niederschlägt. Hebt das Anschlagelement 28 von der Pedalnase 30 ab und wird der Aktuator 20 weiter in Richtung des ersten Endanschlages verfahren, so bleibt der Aktuatorstrom (bzw. die Aktuatorspannung) im Wesentlichen konstant.
In anderen Ausführungsformen kann dieselbe Bewegung des Aktuators 20 im Winkelraum beispielsweise auch zu ansteigenden Aktuatorsensorspannungen führen. Gleichfalls kann die Aktuatorsensorspannung auch negative Werte aufweisen. In gleicher Weise kann der Aktuator 20 in anderen Ausführungsformen auch durch ansteigende Werte des Aktuatorstroms bewegt werden und/oder der Aktuatorstrom positive Werte annehmen. Derartige Modifikationen in der konstruktiven Auslegung können beispielsweise zu Darstellungen führen, die durch Spiegelungen der in 2 dargestellten Kurve an einer zur x-Achse parallelen Achse und/oder zu einer Spiegelung an einer zur y-Achse parallelen Achse erzeugt werden können.
Auf Grund eines für das Getriebe 22, etwa ein Schneckengetriebe, schlechten Wirkungsgrades und damit verbundenen hohen Reibungsverlusten kann ebenfalls ein Antriebsmoment für den Fall nötig sein, in dem das Federelement 26 maximal entspannt ist und weiterhin eine konstante Winkelgeschwindigkeit des Aktuators 20 geregelt werden soll. Dies wird in 2 in Ast 36 und in Ast 38 durch einen jeweils von Null verschiedenen Stromoffset deutlich.
Zum eigentlichen Kalibrieren bzw. zum Bestimmen des Berührpunktes zwischen dem Anschlagelement 28 und der Pedalnase 30 und/oder zum Bestimmen der zum Verlagern des Anschlagelements 28 in den Berührpunkt dem Aktuator 20 zugeführten Aktuatorspannung und/oder des dem Aktuator 20 zugeführten Aktuatorstroms wird in dem Ast 36, d. h. für den Fall, dass das Anschlagelement 28 in Richtung Pedalnase 30 verlagert wird, ein erster Bereich 40 der Aktuatorsensorspannung ermittelt, welcher derart gewählt ist, dass das Anschlagelement 28 während eines Verlagerns in dem ersten Bereich stets nicht in mechanischem Kontakt mit der Pedalnase 30 steht. In dem ersten Bereich ist dementsprechend der Aktuatorstrom (bzw. die Aktuatorspannung) im Wesentlichen konstant. Ferner wird ein zweiter Bereich 42 in dem Ast 36 ermittelt, wobei der zweite Bereich 42 derart gewählt ist, dass das Anschlagelement 28 während eines Verlagerns in dem zweiten Bereich 42 stets in mechanischem Kontakt mit der Pedalnase 30 steht.
Analog kann für den Ast 38, d. h. für den Fall, dass das Anschlagelement 28 von der Pedalnase 30 weg verlagert wird, ein dritter Bereich 44, welcher dem ersten Bereich 40 des Astes 36 entsprechen kann, und ein vierter Bereich 46, welcher dem zweiten Bereich 42 des Astes 36 entsprechen kann, ermittelt werden.
In dem ersten Bereich 40 kann der tatsächliche Verlauf des Aktuatorstromes (bzw. der Aktuatorspannung) als Funktion der Aktuatorsensorspannung durch ein erstes Polynom approximiert bzw. genähert bzw. gefittet werden, wobei das erste Polynom ein Polynom nullten Grades ist, d. h. durch eine horizontal verlaufende Gerade wiedergegeben werden kann. Weiter kann in dem zweiten Bereich 42 der tatsächliche Verlauf des Aktuatorstromes (bzw. der Aktuatorspannung) als Funktion der Aktuatorsensorspannung durch ein zweites Polynom approximiert werden, wobei das zweite Polynom ein Polynom ersten Grades ist, d. h. durch eine Gerade mit konstanter Steigung wiedergegeben werden kann.
Analog kann der dritte Bereich 44 durch ein drittes Polynom nullten Grades und der vierte Bereich 46 durch ein viertes Polynom ersten Grades approximiert werden.
Der Kalibrierpunkt bzw. der Berührpunkt im Ast 36 wird nun als Schnittpunkt 48 der linearen Approximation der Messung des Aktuatorstromes (bzw. der Aktuatorspannung) in dem zweiten Bereich 42 und der konstanten Approximation in dem ersten Bereich 40, d. h. als Schnittpunkt 48 des ersten Polynoms und des zweiten Polynoms ermittelt. Analog kann der Berührpunkt für den Ast 38 als Schnittpunkt 50 des dritten Polynoms und des vierten Polynoms ermittelt werden. Gegebenenfalls können die jeweiligen Polynome dazu zu kleineren und/oder größeren Werten der Aktuatorsensorspannung als Werte im ersten bzw. dritten Bereich 40, 44 und/oder im zweiten bzw. vierten Bereich 42, 46 extrapoliert werden.
Ein Hauptaspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kalibrieren kann somit wie folgt zusammengefasst werden. Der Aktuator 20 wird, bei fester Stellung des Pedalhebels 12, beispielsweise in einer Bewegungsrichtung über den ersten Bereich 40, in welchem das Anschlagelement 28 die Pedalnase 30 nicht berührt, sowie über den zweiten Bereich 42, in welchem das Anschlagelement 28 an der Pedalnase 30 anliegt und das Federelement 26 gespannt wird, mit konstanter Drehgeschwindigkeit verfahren, wobei der Aktuatorstrom und/oder die Aktuatorspannung sowie die Aktuatorsensorspannung gemessen und/oder aufgezeichnet werden. Der Aktuatorstrom und/oder die Aktuatorspannung kann beispielsweise im euklidischen Raum als Funktion der Aktuatorsensorspannung linear aufgetragen bzw. dargestellt werden, wie in 2 gezeigt. Anschließend kann jeweils eine Gerade durch Approximation bzw. Fitten der Messwerte im ersten und zweiten Bereich 40, 42 bestimmt werden. Die beiden Geraden verlaufen dabei im euklidischen Raum nicht parallel, so dass der Schnittpunkt 48 der beiden Geraden bestimmbar ist. Der Schnittpunkt 48 entspricht dabei dem Berührpunkt zwischen Anschlagelement 28 und Pedalnase 30 bei der jeweiligen Stellung des Pedalhebels 12. Basierend auf diesem Schnittpunkt 48 bzw. Berührpunkt können dann für beliebige Stellungen des Pedalhebels 12 die entsprechenden Berührpunkte ermittelt bzw. errechnet werden.
An dieser Stelle sei bemerkt, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch sämtliche Ausgestaltungen umfasst, in welchen die gemessene Aktuatorspannung und/oder der Aktuatorstrom und/oder die Aktuatorsensorspannung nicht linear, sondern beispielsweise logarithmisch, exponentiell oder beliebig anders und/oder in einem beliebigen anderen Koordinatensystem bzw. Raum (etwa einem nicht orthogonalen Koordinatensystem bzw. Raum) aufgetragen bzw. repräsentiert werden, wobei in einem solchen Fall andere Funktionen zum Approximieren des Kurvenverlaufs Anwendung finden könnten. D. h. das erfindungsgemäße Verfahren umfasst sämtliche Ausgestaltungen, welche in die wie obenstehend beschriebene Ausgestaltung bzw. Durchführung, überführbar sind, etwa durch Koordinatentransformation der Messdaten.
Die Aktuatorsensorspannung an den Schnittpunkten 48, 50 der beiden Äste 36, 38 und/oder eine entsprechende Winkelstellung des Aktuators 20 kann dann als Kalibrierwert für den Berührpunkt zwischen Anschlagelement 28 und Pedalnase 30 verwendet und/oder in einer Speichervorrichtung hinterlegt werden. Die Kalibrierpunkte bzw. Berührpunkte für den Ast 36 und den Ast 38 können sich dabei nur durch einen Einfluss einer Hysterese einer Federkennlinie des Federelements 26 unterscheiden. Praktisch ist es sinnvoll, den Kalibrierpunkt bzw. Berührpunkt in Ast 36, d. h. bei einem Aufziehen des Federelements 26, zu verwenden, da die steilere Steigung des Aktuatorstroms im zweiten Bereich 42 im Vergleich zum vierten Bereich 46 ein entsprechend genaueres Ergebnis liefern kann.
Für einen vollständigen Durchlauf bestehend aus Hin- und Rückbewegung des Anschlagelements 28 kann es vorteilhaft sein, die Winkelgeschwindigkeit bzw. Verfahrgeschwindigkeit des Aktuators 20 konstant zu halten und geeignet zu wählen. Bei zu langsamer Verfahrgeschwindigkeit können sogenannte Stick-Slip-Effekte auftreten, wodurch Stromrippeln auftreten und die Dauer des Kalibrierungsprozesses erhöht sein können. Wird die Verfahrgeschwindigkeit dagegen zu hoch angesetzt, so können störende Überschwinger im Stromverlauf auftreten, die sich zu Beginn einer Verlagerung des Anschlagelements 28 bzw. einer Bewegung des Aktuators 20 durch eine Überwindung einer Haftreibung einstellen können. Da der Wirkungsgrad des Getriebes 22 von der Verfahrgeschwindigkeit abhängen kann, sollte diese während der Kalibrierung betragsmäßig konstant gehalten werden. Als optimal hat sich eine Verfahrgeschwindigkeit bzw. Winkelgeschwindigkeit des Aktuators 20 in einem Bereich von rund 100–130°/s herausgestellt.
Das Verfahren zum Kalibrieren kann anschließend für die Volllaststellung des Pedalhebels 12, d. h. bei einem vollständig betätigten bzw. niedergedrückten Pedalhebel 12, wiederholt werden, wobei die Polynome nullten Grades aus der vorher erfolgten Kalibrierung bei unbetätigtem Pedalhebel 12 übernommen werden können und nur noch die Steigungen des Aktuatorstromes (bzw. der Aktuatorspannung) in den Bereichen 42 und 46 jeweils durch ein Polynom ersten Grades approximiert werden können.
Für eine optimale Approximation des ersten und dritten Bereichs 40, 44 müssen die jeweiligen Bereiche 40, 44, innerhalb derer der Aktuatorstrom (bzw. die Aktuatorspannung) durch das erste und dritte Polynom approximiert wird, geeignet gewählt werden. Auch der zweite und vierte Bereich 42, 46 müssen geeignet gewählt werden. Für die Wahl dieser Bereiche 40, 42, 44, 46 können insbesondere ein Wert des Aktuatorstromes (bzw. der Aktuatorspannung), eine Varianz des Aktuatorstroms (bzw. der Aktuatorspannung) auf Basis von vergangenen Messwerten, ein Intervall bzw. Wertebereich der Aktuatorsensorspannung und/oder ein Absolutwinkel des Aktuators 20 berücksichtigt werden. Um fehlerhafte Kalibrierwerte ausschließen zu können, kann zusätzlich eine Überwachung erfolgen, welche prüft, ob die Genauigkeit bei der jeweiligen Approximation gegeben ist. Dies kann insbesondere eine Prüfung auf eine Mindestanzahl der verwendeten Messpunkte beinhalten. Die Approximationen der Bereiche 40, 42, 44, 46 können beispielsweise durch das bekannte Verfahren der kleinsten Quadrate offline wie auch online durchgeführt werden. Es sind aber auch weitere mathematische Verfahren denkbar.
Für eine Messung einer Winkelstellung des Aktuators 20 kann ein Hall-Sensor, beispielsweise in Verbindung mit einem als Permanentmagnet ausgebildeten Magnetelements zur Bestimmung einer Winkelstellung bzw. Winkelposition bzw. Position des Aktuators 20 zum Einsatz kommen oder auch ein anderer Winkelsensor, z. B. als Potentiometertyp. Die Aktuatorsensorspannung kann etwa über eine analoge Schnittstelle ermittelt werden. Statt der analogen kann auch eine digitale SENT-Schnittstelle verwendet werden, wobei der Aktuatorstrom (bzw. die Aktuatorspannung) dann über digitalen Inkrementen aufgetragen werden kann.
Das oben beschriebene Kalibrierungsverfahren kann üblicherweise bei einem Hersteller des Fahrpedalmoduls 10, etwa direkt nach dessen Produktion an einem Ende eines Produktionsbandes, erstmalig ausgeführt werden. Um beispielsweise einen Drift des Sensors 32 des Aktuators 20 während einer Lebensdauer des Fahrpedalmoduls 10 zu korrigieren, kann das Fahrpedalmodul 10 in der Leerlaufstellung im Kraftfahrzeug nachkalibriert werden. Außerdem bietet sich die Möglichkeit durch erneute Bestimmung der Endanschläge das Aktuator-Koordinatensystem neu aufzuspannen.
Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend”, „umfassend”, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließen.

Claims

Verfahren zum Kalibrieren einer Signalgebervorrichtung (18) eines haptischen Fahrpedalmoduls (10) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Signalgebervorrichtung (18) ein mit einer Welle (24) eines Aktuators (20) gekoppeltes Federelement (26) und ein Anschlagelement (28) aufweist, welches Anschlagelement (28) dazu ausgeführt ist, an einer Pedalnase (30) eines Pedalhebels (12) des Fahrpedalmoduls (10) anzuliegen und eine entgegen einer Betätigungsrichtung des Pedalhebels (12) wirkende Kraft als haptisches Signal zu erzeugen, wobei das Verfahren die folgende Schritte aufweist: – Verlagern, durch Betätigen des Aktuators (20), des Anschlagelements (28) entlang eines Verfahrwegs zwischen einer ersten Position des Anschlagelements (28), in welcher das Federelement (26) entspannt ist und einer zweiten Position, in welcher das Federelement (26) gespannt ist; gekennzeichnet durch die Schritte – Ermitteln, entlang des Verfahrwegs, einer von einem Sensor (32) des Aktuators (20) generierten und mit einer Position des Aktuators (20) korrelierenden Aktuatorsensorspannung sowie einer zum Verlagern des Anschlagelements (28) dem Aktuator (20) zugeführten Aktuatorspannung und/oder eines zum Verlagern des Anschlagelements (28) dem Aktuator (20) zugeführten Aktuatorstromes; – Approximieren eines ersten Bereichs (40) des Aktuatorstromes und/oder der Aktuatorspannung in Abhängigkeit der Aktuatorsensorspannung mit einem ersten Polynom, wobei der erste Bereich (40) derart gewählt ist, dass das Anschlagelement (28) während eines Verlagerns innerhalb des ersten Bereichs (40) stets nicht in mechanischem Kontakt mit der Pedalnase (30) steht; – Approximieren eines zweiten Bereichs (42) des Aktuatorstromes und/oder der Aktuatorspannung in Abhängigkeit der Aktuatorsensorspannung mit einem zweiten Polynom, wobei der zweite Bereich (42) derart gewählt ist, dass das Anschlagelement (28) während eines Verlagerns innerhalb des zweiten Bereichs (42) stets in mechanischem Kontakt mit der Pedalnase (30) steht; und – Ermitteln eines Schnittpunktes (48) des ersten Polynoms und des zweiten Polynoms zum Bestimmen eines Berührpunktes zwischen dem Anschlagelement (28) und der Pedalnase (30).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Federelement (26) im Schritt des Verlagerns des Anschlagelements (28) maximal entspannt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Welle (24) des Aktuators (20) zum Verlagern des Anschlagelements (28) mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit betätigt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die Welle (24) des Aktuators (20) zum Verlagern des Anschlagelements (28) mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit in einem Bereich von 50°/s bis 200°/s betätigt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das erste Polynom ein Polynom nullten Grades ist.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das zweite Polynom ein Polynom ersten Grades ist.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Verlagerns des Anschlagelements (28) ein Bewegen des Anschlagelements (28) von der ersten Position zu der zweiten Position und von der zweiten Position zurück zu der ersten Position umfasst.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Pedalhebel (12) während des Verlagerns des Anschlagelements (28) in einer Stellung fixiert ist.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, weiter umfassend: Betätigen des Aktuators (20) mit einer zeitlich variablen ersten Steuerspannung bis zu einem ersten mechanischen Endanschlag des Aktuators (20) und Speichern einer ersten Grenzspannung und/oder einer ersten Winkelstellung des Aktuators (20) nach Erreichen des ersten Endanschlags; und Betätigen des Aktuators (20) mit einer zeitlich variablen zweiten Steuerspannung bis zu einem zweiten mechanischen Endanschlag des Aktuators (20) und Speichern einer zweiten Grenzspannung und/oder einer zweiten Winkelstellung des Aktuators (20) nach Erreichen des zweiten Endanschlags.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei sich die erste Steuerspannung und die zweite Steuerspannung hinsichtlich ihrer Polarität unterscheiden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln des Schnittpunktes (48) ein Extrapolieren des ersten Polynoms und des zweiten Polynoms umfasst.
Vorrichtung (32) zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.
Haptisches Fahrpedalmodul (10) für ein Kraftfahrzeug mit einer Signalgebervorrichtung (18) zum Ansteuern eines Aktuators (20) des Fahrpedalmoduls (10), wobei das Fahrpedalmodul (10) eine Vorrichtung (32) gemäß Anspruch 12 aufweist.