-
Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine aktive Fahrpedaleinheit und ein Fahrzeug und insbesondere eine aktive Fahrpedaleinheit für ein Fahrzeug und ein Kraftfahrzeug, welches mit der Fahrpedaleinheit ausgebildet ist.
-
Bei der Steuerung des Betriebes von Fahrzeugen und insbesondere von Fahrzeugantrieben, werden häufig Pedale als Betätigungselemente eingesetzt, die z. B. mit dem Fuß eines Bedieners betätigt werden, um die Stärke eines Antriebs durch eine Antriebseinheit zu steuern, indem je nach Grad der Betätigung z.B. die Energiezufuhr zu einem Motor geregelt wird.
-
Eine weitere Funktion eines Pedals kann darin bestehen, Signale an den Bediener in haptischer Form zu übertragen, um dem Bediener eine Rückmeldung z.B. im Hinblick auf einen Betriebszustand des Fahrzeuges oder der Antriebseinheit zu geben.
-
Nachteilig bei herkömmlichen Rückmeldungssystemen sind einerseits der vergleichsweise hohe Kostenaufwand und der Aufwand an Bauraum, andererseits bei kostengünstigen Varianten die begrenzte Leistungsfähigkeit, die das Aufrechterhalten einer haptischen Signalrückkopplung über einen unbegrenzten Zeitraum nicht ermöglicht, ohne dass die Gefahr der Überhitzung eines zu Grunde liegenden Aktuators besteht.
-
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die erfindungsgemäße aktive Fahrpedaleinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass bei überschaubarem Bauraum und mit vergleichsweise einfachen Mitteln eine haptische Signalrückkopplung an den Bediener der Pedaleinheit über einen unbegrenzten Zeitraum erfolgen kann, ohne dass es zu einer Überlastung des zu Grunde liegenden Aktuators kommt. Dies wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 dadurch erreicht, dass eine aktive Fahrpedaleinheit für ein Fahrzeug geschaffen wird mit einer Pedaleinheit vom stehenden Typ, einer Aktuatoreinheit mit einem elektrischen Antrieb und einer Getriebeeinheit und einer Übertragereinheit zur mechanischen Kopplung zwischen Pedaleinheit und Aktuatoreinheit, wobei die Übertragereinheit zur mechanischen Kopplung mit der Aktuatoreinheit aktuatorseitig ein elastisches Koppelelement aufweist und das elastische Koppelelement pedalseitig mit einem Mitnehmer und aktuatorseitig mit einem Element der Getriebeeinheit der Aktuatoreinheit verbunden ist. Durch das Zusammenwirken des elastischen Koppelelementes pedalseitig mit einem Mitnehmer und aktuatorseitig mit einem Element der Getriebeeinheit der Aktuatoreinheit und insbesondere durch die Wirkung der Getriebeeinheit können haptische Kräfte zur Signalrückmeldung an den Bediener der aktiven Fahrpedaleinheit für einen unbegrenzten Zeitraum abgerufen und übertragen werden, ohne dass die Gefahr einer Überlastung, z. B. durch Überhitzung, der Aktuatoreinheit und des elektrischen Antriebes besteht.
-
Durch den Kernaspekt des Vorsehens eines elastischen Koppelementes werden erfindungsgemäß unter anderem folgende Vorteile erzielt:
- – Das Vorsehen des elastischen Koppelements führt zu einer Dämpfung und/oder mechanischen Entkopplung von Pedaleinheit und Aktuatoreinheit, und zwar in dem Sinn, dass durch Ausnutzen der elastischen und/oder dämpfenden Eigenschaften des Koppelementes keine strikt harte und/oder unmittelbare mechanische Übertragung von Kräften und Momenten zwischen der Pedaleinheit und der Aktuatoreinheit erfolgt.
- – Dies hat den Vorteil, dass mit der vorliegenden Erfindung auch übliche elektrische Antriebe, zum Beispiel elektrische Motore, Schrittmotore oder dergleichen eingesetzt werden können, ohne dass z.B. deren schrittweiser Betrieb oder dergleichen zu einer ruckartigen Bewegung des Pedals führt, welche bei einer Rückkopplung an den Benutzer als unangenehm empfunden werden könnte.
- – Ferner wird in beiden Richtungen – also von der Pedaleinheit zur Aktuatoreinheit und von der Aktuatoreinheit zur Pedaleinheit – eine gegenseitige Blockade aufgeweicht. Das bedeutet, dass entgegengesetzte Bewegungen von Pedaleinheit und Aktuatoreinheit mit Bewegungen, Kräften und Momenten in entgegengesetzten Richtungen durch die elastischen und/oder dämpfenden Eigenschaften des Koppelelementes gepuffert werden, und zwar im Umfang des jeweiligen elastischen Hubs des Koppelelementes.
- – Dies ermöglicht auch bei Defekten, zum Beispiel bei Blockaden, und in Notfallsituationen einen Notbetrieb der erfindungsgemäßen aktiven Fahrpedaleinheit, weil zumindest eine herkömmliche Kopplung zwischen Pedaleinheit und Aktuatoreinheit über die Übertragereinheit im Falle eines Defekts inhärent garantiert wird.
-
Sämtliche Aspekte und Vorteile ergeben sich dadurch, dass keine direkte oder unmittelbare mechanische Kopplung zwischen einem Antrieb der Aktuatoreinheit und der Pedaleinheit vorliegt, sondern nur mittelbar unter Zwischenschaltung des elastischen Koppelelementes.
-
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Fahrpedaleinheit wird ein besonders einfacher Aufbau dadurch erreicht, dass das elastische Koppelelement eine Feder ist oder eine Feder aufweist, insbesondere eine Druckfeder oder eine Torsionsfeder. Auf diese Weise kann mit dem Vorsehen einer einzigen elastischen Komponente als mechanischem Element die Kopplung zwischen Pedaleinheit und Aktuatoreinheit mittels der Übertragereinheit bewirkt werden.
-
Eine besonders kompakte Bauform der erfindungsgemäßen aktiven Fahrpedaleinheit lässt sich erreichen, wenn die Getriebeeinheit der Aktuatoreinheit ein Schneckengetriebe ist oder ein Schneckengetriebe aufweist, insbesondere mit einer Schnecke an einer Antriebswelle des Antriebes der Aktuatoreinheit, insbesondere also an einer Antriebswelle eines Motors.
-
Um beim Nachlassen der Betätigung durch den Bediener oder Benutzer der aktiven Fahrpedaleinheit ein Rückstellen der Pedaleinheit in zuverlässiger Art und Weise zu gewährleisten, ist es bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen aktiven Fahrpedaleinheit vorgesehen, dass die Übertragereinheit ein Hebelelement mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende und einer Drehachse dazwischen aufweist und dass insbesondere im Bereich des ersten Endes des Hebelelementes ein Rückstellfederelement zum Rückstellen der Pedaleinheit mit einem ersten Ende und/oder im Bereich des zweiten Endes des Hebels ein Ansatz, insbesondere über ein Reibelement, zur mechanischen Kopplung zum Mitnehmer und/oder zur Aktuatoreinheit angebracht ist.
-
Eine besonders einfache Ankopplung zwischen der Übertragereinheit und der Pedaleinheit ergibt sich dann, wenn das Rückstellfederelement mit einem zweiten Ende direkt oder indirekt, insbesondere über ein Gestänge, an der Pedaleinheit, insbesondere an einem Pedal oder einer Trittplatte davon, angebracht ist.
-
Ein besonderes hohes Maß an Zuverlässigkeit und an Genauigkeit beim Dosieren der Betätigung durch den Benutzer oder Bediener des aktiven Fahrpedals stellt sich gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ein, wenn die Übertragereinheit pedalseitig ein Übertragergetriebe, insbesondere nach Art einer Evolventenverzahnung, und aktuatorseitig eine Wippe aufweist, die miteinander gekoppelt sind.
-
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn das Übertragergetriebe mit einem pedalseitigen ersten Ende an der Pedaleinheit, insbesondere an einem Pedal oder einer Trittplatte davon, angebracht ist und die Wippe mit einem aktuatorseitigen zweiten Ende am Mitnehmer angebracht ist.
-
Bei einer Fortbildung der erfindungsgemäßen aktiven Fahrpedaleinheit ist das Übertragergetriebe mit einem aktuatorseitigen zweiten Ende an einem pedalseitigen ersten Ende der Wippe angebracht.
-
Ferner kann es vorgesehen sein, dass das Rückstellfederelement mit einem zweiten Ende davon an der Wippe und insbesondere an einem pedalseitigen ersten Ende davon angebracht ist.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, welches mittels einer Brennkraftmaschine und/oder mittels eines elektrischen Antriebes betreibbar ist und ausgebildet ist mit einer Antriebseinheit zum Antreiben des Fahrzeuges, einer Steuereinheit zum Steuern der Antriebseinheit und einer erfindungsgemäßen Fahrpedaleinheit, welche mit der Steuereinheit zum Steuern der Antriebseinheit gekoppelt ist.
-
Kurzbeschreibung der Figuren
-
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben.
-
1 ist schematische Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeuges unter Verwendung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen aktiven Fahrpedaleinheit.
-
2 ist eine schematische Ansicht nach Art eines Blockdiagramms, welche eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen aktiven Fahrpedaleinheit zeigt.
-
3 bis 7 sind schematische Seitenansichten verschiedener Ausführungsformen der erfindungsgemäßen aktiven Fahrpedaleinheit.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
-
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.
-
Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form von einander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.
-
1 zeigt nach Art einer schematischen Seitenansicht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeuges 100.
-
Das erfindungsgemäße Fahrzeug 100 nach 1 ist mit einem Chassis 104 ausgebildet und weist Räder 102 auf. Die Räder 102 des Fahrzeuges 100 sind über eine Antriebseinheit 80 antreibbar, welche z. B. einen Motor umfasst, sei dies eine Brennkraftmaschine oder ein Elektromotor. Die Antriebseinheit 80 ist mittels einer Steuerleitung 72 mit einer Steuereinheit 70 verbunden und so über diese steuerbar. Andererseits ist die Steuereinheit 70 mittels einer Steuerleitung 71 mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen aktiven Fahrpedaleinheit 50 verbunden.
-
Über die aktive Fahrpedaleinheit 50 kann der Benutzer des Fahrzeuges 100, vermittelt durch die Steuerleitungen 71 und 72 und die Steuereinheit 70, Einfluss auf den Betriebszustand der Antriebseinheit 80 nehmen. Dazu betätigt er die Pedaleinheit 20 der aktiven Fahrpedaleinheit 50. Durch die Übertragereinheit 60 wird die Betätigung der Pedaleinheit 20 im Fall der 1 über eine Kopplung eines Abstandes zwischen einem Sensor 7 und einem Magneten 6 übertragen und detektiert. Sensor 7 und Magnet 6 bilden eine Sensoreinheit 40 und sind letztlich ausschlaggebend dafür, die Stärke der Betätigung der Pedaleinheit 20 durch den Benutzer durch Durchtreten des Pedals oder der Trittplatte 1 an die Steuereinheit 70 zu übermitteln, welche daraus, ggf. unter Einbeziehung weiterer Betriebsparameter des Fahrzeuges 100, ein Ansteuersignal für die Antriebseinheit 80 generiert und über die Steuerleitung 72 an diese weiterleitet.
-
2 zeigt nach Art eines schematischen Blockdiagrammes eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen aktiven Fahrpedaleinheit 50.
-
Diese besteht dem Kern nach aus der eigentlichen Pedaleinheit 20, einer Aktuatoreinheit 30 und einer Übertragereinheit 60 zum Übertragen der Betätigung der Pedaleinheit 20 durch den Benutzer an die Aktuatoreinheit 30.
-
Die Pedaleinheit 20 selbst besteht in der Ausführungsform gemäß 2 aus einem stehenden Pedal 1. Dieses ist mit seiner Drehachse oder Schwenkachse 2 am Boden 101, z. B. im Fußraum des Fahrzeuges 100 aus 1, angebracht.
-
Die Übertragereinheit 60 ist dazu ausgebildet, einerseits ein Maß für die Betätigung der Pedaleinheit 20 zu generieren und weiterzuleiten, andererseits auch dazu, beim Nachlassen der Betätigung der Pedaleinheit 20 diese und insbesondere das Pedal 1 oder die Trittplatte 1 in einen Ausgangszustand, eine Ruhestellung zurückzuführen. Dazu weist die Übertragereinheit 60 einen Übertragermechanismus 18 auf, der unterschiedlich ausgestaltet sein kann, wie dies im Zusammenhang mit den nachfolgenden 3 bis 7 dargelegt wird.
-
Ein Kernaspekt der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen eines elastischen Koppelelementes 12 auf der Aktuatorseite der Übertragereinheit 60 und in Kopplung mit der nachfolgenden Aktuatoreinheit 30. Der Aufbau des elastischen Koppelelementes 12, welches im einfachsten Fall eine Druckfeder oder eine Torsionsfeder sein kann, wird im Zusammenhang mit den weiteren Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die 3 bis 7 im Detail erläutert.
-
Die Aktuatoreinheit 30 besteht aus einem Antrieb 11 mit einem Motor, welche ausgebildet sind, eine haptische Rückkopplung zu erzeugen und mittels der Übertragereinheit 60 an die Pedaleinheit 20 und letztlich an den Bediener oder Benutzer zu liefern.
-
Dazu ist gemäß eines weiteren Kernaspektes der vorliegenden Erfindung auf der Übertragerseite der Aktuatoreinheit 30 eine Getriebeeinheit 13 ausgebildet, insbesondere nach Art eines Schneckengetriebes, wodurch sich eine besonders kompakte Bauform der Aktuatoreinheit 30 ergibt.
-
Durch das Zusammenwirken des elastischen Koppelelementes 12 der Übertragereinheit 60 und der Getriebeeinheit 13 der Aktuatoreinheit 30 werden erfindungsgemäß die oben beschriebenen Vorteile erzielt, dass nämlich im Gegensatz zu herkömmlichen aktiven Fahrpedaleinheiten haptische Kräfte für einen unbegrenzten Zeitraum erzeugt, abgerufen und übertragen werden können, ohne dass es zu einer Überlastung der Aktuatoreinheit 30, insbesondere durch Überhitzen, kommt.
-
3 zeigt Details einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen aktiven Fahrpedaleinheit 50, welche wiederum aus einer eigentlichen Pedaleinheit 20, einer Aktuatoreinheit 30 und einer dazwischen vorgesehenen und mechanisch vermittelnden Übertragereinheit 60 gebildet wird.
-
Die Pedaleinheit 20 besteht aus einem Pedal 1, welches auch als Trittplatte bezeichnet werden kann. Das Pedal 1 ist mit einer Schwenkachse 2 ausgebildet, die im Bereich des Bodens 101 fixiert ist. Dabei kann es sich z. B. um den Boden 101 im Fußraum des in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Fahrzeuges 100 handeln. Das Pedal 1 wird z. B. mittels eines Fußes durch den Bediener durch Auftreten auf der Oberseite 1-1 betätigt.
-
An der Unterseite 1-2 des Pedals 1 ist bei der Ausführungsform der 3 die Übertragereinheit 60 mechanisch angekoppelt, und zwar einerseits mit einem pedalseitigen ersten Ende 3-1 eines Übertragergetriebes 3, welches nach Art einer Evolventenverzahnung ausgebildet ist, und andererseits mit einem pedalseitigen zweiten Ende 8-2 eines elastischen Rückstellelementes 8, welches nach Art einer Rückstellfeder ausgebildet sein kann.
-
Das aktuatorseitige zweite Ende 3-2 des Übertragergetriebes 3 mit Evolventenverzahnung ist bei der Ausführungsform der 3 an ein pedalseitiges erstes Ende 4-1 einer Wippe 4 gekoppelt, welche mit einem aktuatorseitigen zweiten Ende 4-2 an einem Mitnehmer 5 angebracht ist.
-
Der Mitnehmer 5 dient unter anderem der Erfassung des Grades der Betätigung der Pedaleinheit 20 und somit der Stärke des Durchtretens des Pedales 1, nämlich im Zusammenhang mit der in 1 bereits dargestellten Sensoreinheit 40, bestehend aus Magnet 6 und Sensor 7. Dies wird im Zusammenhang mit der 4 weiter im Detail erläutert.
-
Das aktuatorseitige erste Ende 8-1 des als Rückstellfeder ausgebildeten elastischen Koppelelementes 8 ist mit einem pedalseitigen ersten Ende 9-1 eines Hebels 9 verbunden. Der Hebel 9 ist um eine etwa mittig angeordnete Drehachse 9-3 oder Schwenkachse drehbar gelagert, welche ebenfalls mit dem Boden 101, also ggf. dem Fußraum des Fahrzeuges 100 aus 1, verbunden ist.
-
Am gegenüberliegenden aktuatorseitigen zweiten Ende 9-2 des Hebels 9 findet eine Ankopplung zum Mitnehmer 50 statt, und zwar bei der Ausführungsform gemäß 3 über ein Reibelement 10.
-
Die Aktuatoreinheit 30 ist gemäß einem ersten Kernaspekt der vorliegenden Erfindung über ein elastisches Koppelelement 12, insbesondere nach Art einer Koppelfeder, z. B. ein Druckfeder oder einer Torsionsfeder an die Übertragereinheit 60 gekoppelt.
-
Dies wird im Zusammenhang mit 4 weiter im Detail erläutert, welche nach Art einer schematischen Seitenansicht das mechanische Zusammenwirken zwischen Aktuatoreinheit 30 einerseits und Übertragereinheit 60 andererseits zeigt.
-
Zum Ermitteln des Maßes oder der Stärke der Betätigung der Pedaleinheit sind im Bereich des Mitnehmers 5 der Übertragereinheit 60 ein Sensor 7 und Magnet 6 ausgebildet. Bei einer Verdrehung zwischen Sensor 7 und Magnet 6 kann das vom Sensor 7 ermittelte vom Drehwinkel abhängige Magnetfeld als Maß für den Grad der Betätigung des Pedals 1 der Pedaleinheit 20 verwendet werden. Eines der Elemente Sensor 6 und Magnet 7 wird mit dem Mitnehmer mitbewegt, das andere Element ist an einer ortsfesten Komponente angebracht. Damit werden bei Pedalbetätigung Sensor 6 und Magnet 7 relativ zueinander bewegt und ihr Abstand liefert das Maß der Pedalbetätigung.
-
Wie im Zusammenhang mit 3 dargestellt wurde, ist der Mitnehmer 5 mechanisch mit dem aktuatorseitigen zweiten Ende 4-2 der Wippe 4 gekoppelt. Am Mitnehmer 5 ist aktuatorseitig ein erstes pedalseitiges Ende 12-1 der Koppelfeder als elastischem Koppelelement 12 angebracht. Das gegenüberliegende aktuatorseitige zweite Ende 12-2 des Koppelelementes 12 ist am oder im Bereich der Getriebeeinheit 13 der Aktuatoreinheit 30 und somit letztlich an das Schneckengetriebe gekoppelt.
-
Die Ankopplung der Koppelfeder 12 an das Schneckengetriebe 13 einerseits und an den Mitnehmer 5 andererseits kann erfolgen durch Kleben, einen Rahmenverbund oder beliebige andere Befestigungsmittel, die eine mechanische Ankopplung der ersten und zweiten Enden 12-1 bzw. 12-2 des Koppelelementes 12 ermöglichen.
-
Über den Antrieb 11 mit einem Motor wird die Getriebeeinheit 13 mit Schneckengetriebe angetrieben, wodurch über die Koppelfeder des elastischen Koppelelementes 12 und den Mitnehmer 5 die haptische Rückkopplung über die Übertragereinheit 60 vermittelt an das Pedal 1 der Pedaleinheit 20 übertragen wird.
-
Die 5 bis 7 zeigen in schematischer Seitenansicht andere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen aktiven Fahrpedaleinheit 50, bei welchen die Kernaspekte der vorliegenden Erfindung, nämlich das Zusammenwirken des elastischen Koppelelementes 12 mit Koppelfeder und Getriebeeinheit 13 der Aktuatoreinheit 30 realisiert sind, um zu bewirken, dass im Gegensatz zu herkömmlichen Fahrpedaleinheiten haptische Kräfte für einen unbegrenzten Zeitraum erzeugt und abgerufen werden können, ohne dass es zu einer Überlastung, z. B. durch Überhitzung, der Aktuatoreinheit 30 kommt.
-
Bei der Ausführungsform gemäß 5 ist in Abwandlung der Ausführungsform von 3 die Rückstellfeder des elastischen Rückstellelementes 8 mit seinem pedalseitigen zweiten Ende 8-2 nicht an der Unterseite 1-2 des Pedales 1, sondern im Bereich des pedalseitigen ersten Endes 4-1 der Wippe 4 angebracht.
-
Das aktuatorseitige erste Ende 8-1 der Rückstellfeder des elastischen Rückstellelementes 8 ist dagegen unverändert im Bereich des pedalseitigen zweiten Endes 9-2 des Hebels 9 angebracht.
-
Alle übrigen Details entsprechen der Konfiguration der Ausführungsform aus 3, können jedoch auch beliebig abgeändert werden.
-
Bei der Ausführungsform der erfindungsgemäßen aktiven Fahrpedaleinheit 50 gemäß 6 ist in Abänderung der Konfiguration aus 3 der Kopplungsmechanismus zwischen Mitnehmer 5 und Pedal 1 – dieser besteht bei der Ausführungsform gemäß 3 aus einer Anordnung aus Übertragergetriebe 3 und Wippe 4 – ersetzt worden durch einen Gelenkhebel 15, dessen pedalseitiges erstes Ende 15-1 am Pedal 1 und dessen aktuatorseitiges zweites Ende 15-2 am Mitnehmer 5 angebracht ist.
-
Sämtliche weiteren Details können gemäß der Konfiguration aus 3 ausgebildet sein, jedoch sind auch hier beliebige Abänderungen denkbar.
-
Bei der Ausführungsform gemäß 7 sind in Abwandlung der Ausführungsform aus 3 bei der erfindungsgemäßen aktiven Fahrpedaleinheit 50 sämtliche Strukturmerkmale übernommen worden. Als ein Unterschied wird jedoch keine direkte Kopplung der Rückstellfeder des elastischen Rückstellelementes 8 über deren pedalseitiges zweites Ende 8-2 am Pedal 1 der Pedaleinheit 20 vorgesehen, sondern eine indirekte Kopplung über ein Gestänge 16, dessen pedalseitiges erstes Ende 16-1 am Pedal 1 und dessen aktuatorseitiges zweites Ende 16-2 mit dem pedalseitigen zweiten Ende 8-2 der Rückstellfeder des elastischen Rückstellelementes 8 verbunden ist.
-
Diese und weitere Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden an Hand der folgenden Darlegungen weiter erläutert:
Eine der Hauptfunktionen eines Pedal 1 oder Fahrpedals ist die Regelung der Energiezufuhr zu einer Antriebseinheit, z.B. zu einem Kraftfahrzeugmotor. Dabei ist die Energiezufuhr abhängig vom Pedalwinkel α. Bei einem aktiven stehenden Fahrpedal 1 soll diese Regelung elektronisch erfolgen.
-
Eine zweite Funktion eines aktiv stehenden Fahrpedals 1 kann z.B. in der Übertragung von Signalen auf den Fuß des Fahrers bestehen.
-
Die haptischen Rückmeldungen können hierbei verschiedene Formen annehmen, wie z.B. Anklopfen oder Vibration. Um diese zu erzeugen gibt es verschiedene Möglichkeiten. Es kann z.B. eine Kraft generiert und durch einen Aktuator über eine Kopplung auf den Pedalarm übertragen werden.
-
Kostengünstige Varianten können sich auf die Integration eines Vibrationselements in den Pedalarm vorzugsweise unter der Pedaltrittplatte beschränken.
-
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion einer aktiven Fahrpedaleinheit 50 liegt in der Darstellung von zeitlich unbegrenzten Signalen. Dies wird möglich (i) durch die Kopplung mittels einer Feder als elastischem Koppelelement auf der Übertragerseite sowie (ii) durch die Wirkung eines Getriebes einer Getriebeeinheit 13 auf der Aktuatorseite. Dadurch können haptische Kräfte für einen unbegrenzten Zeitraum abgerufen werden, ohne dass es zu einer Überlastung oder Überhitzung des Aktuators der Aktuatoreinheit 30 kommt.
-
Passive Wirkungsaspekte
-
Beim Betätigen des Pedals 1 oder der Trittplatte erfolgt eine Drehung oder um die Drehachse 2, die auch mit z bezeichnet wird.
-
Diese Rotationsbewegung wird über eine Evolventenverzahnung des Übertragergetriebes 3 und über die Wippe 4 auf den Mitnehmer 5 übertragen.
-
Durch eine Kombination aus Magneten 6 und Sensor 7 einer Sensoreinheit 40 kann der sich einstellende Pedalwinkel α über ein sich in Abhängigkeit vom Drehwinkel änderndes Magnetfeld direkt erfasst werden.
-
Die Sensoreinheit 40 zur Bestimmung des Zustandes der Feder als elastisches Koppelelement 12 ist jedoch nicht auf eine Ausführungsform mit einem Magneten 6 und einem entsprechenden Magnetsensor 7 beschränkt. Es kommen vielmehr sämtliche Sensorkonzepte in Frage, welche es ermöglichen, die Stellung, Orientierung, Bewegung und/oder Deformation des elastischen Koppelelementes 12, z.B. einer Feder, zu ermitteln. Es können dabei ein oder mehrere Sensoren vorgesehen sein, die – insbesondere im Zusammenhang mit einem oder mehreren Anschlägen – einen Drehwinkel und/oder einen Aufspannwinkel einer Feder als elastischem Federelement ermitteln.
-
Gleichzeitig wird beim Betätigen des Pedals 1 die Feder als elastischem Rückstellelement 8 zusammengedrückt. Diese erzeugt eine Kraft, welche den Hebel 9 betätigt. Der Hebel 9 kann ein Reibelement 10 gegen den Mitnehmer 5 drücken und somit eine von der Pedalbetätigungskraft abhängige Hysterese erzeugen.
-
Wird die Betätigung der Trittplatte oder des Pedals 1 zurückgenommen, entspannt sich die Feder 8 und stellt die Trittplatte 1 in die Ausgangsstellung zurück.
-
Da die Wippe 4 über eine Mitnahmefunktion mit der Trittplatte 1 verbunden ist, wird der Mitnehmer 5 ebenfalls zurückgestellt.
-
Aktive Funktionsaspekte
-
Um ein haptisches Signal in aktiver Form am Fuß des Fahrers zu erzeugen, wird ein dem Pedalmoment MP = FP·r entgegen gerichtetes Moment erzeugt, welches den Pedalwiderstand erhöht.
-
Dies wird dadurch erreicht, dass durch einen Antrieb 11 oder Motor, beispielsweise über ein Schneckengetriebe einer Getriebeeinheit 13, eine Koppelfeder als elastisches Koppelelement 12 aus einer Neutralstellung bis zu einem Anschlag am Mitnehmer 5 verfährt und vorgespannt wird.
-
Das durch die Koppelfeder in den Mitnehmer 5 eingeleitete Federmoment erzeugt dann – über die Wippe 4 und die Evolventenverzahnung des Übertragergetriebes 3, um den Pedaldrehpunkt z der Drehachse 2 ein dem Pedalmoment entgegen gerichtetes Moment.
-
Durch Variation des Betrages, der Dauer, des Einschaltzeitpunkts und/oder der Wiederholungshäufigkeit des Moments sind unterschiedliche Signale und deren Modulation möglich.
-
Denkbar sind z.B. folgende Signalformen:
- – elektronischer Kick-Down,
- – definierter Druckpunkt,
- – intermittierendes, vibrationsähnliches Signal als Warnhinweis,
- – eine leichte Gegenkraft, um den Fuß des Fahrers sanft vom Pedal zu schieben (z.B. als Warnung bei Geschwindigkeitsübertretung oder insbesondere damit das Fahrzeug z.B. in den Segelmodus gehen kann).
-
Um zu verhindern, dass die Koppelfeder 12 im Normalbetrieb – d.h. bei Neutralstellung und ohne Signale – gegen die Pedalkraft arbeitet, wird sie kontinuierlich nachgestellt.
-
Dazu wird die Position der Koppelfeder 12, z.B. durch einen Sensor 14 an der Motorwelle, welche die Schnecke 13 trägt, oder durch eine Mehrzahl von Sensoren erfasst und mit dem aktuellen Pedalwinkel verglichen. Durch einen entsprechenden Freilauf, z.B. durch ein Langloch im Mitnehmer 5, wird erreicht, dass der Elektronik und Mechanik genügend Zeit verbleibt, die Koppelfeder 12 berührungsfrei zu verfahren.
-
Auch im Zusammenhang mit dem Sensor 14 zur Ermittlung der Position, Orientierung, Bewegung und/oder Stellung der Schnecke 13 und der mit der Schnecke 13 in Zusammenhang stehenden Motorwelle wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Sensortechniken mit einem oder mit mehreren Sensoren zur Anwendung kommen können, die es ermöglichen, die Stellung, Position, Bewegung und/oder Orientierung der Schnecke 13 und der mit der Schnecke 13 im Zusammenhang stehenden Welle eines Antriebs zu bestimmen.
-
In ihrem Zusammenwirken ermitteln die Sensorkomponenten, wie das elastische Koppelelement 12 in Relation zum Aktuator einerseits und zur Pedaleinheit andererseits eingerichtet ist und wie es bewegt wird.
-
Alternative Rückstellfeder
-
Alternativ ist auch eine Anbindung der Rückstellfeder 8 an der Wippe 4 denkbar, wie dies in 5 gezeigt ist. Dadurch kann erreicht werden, dass der Mitnehmer 5 und die Trittplatte 1 zusammen durch die Rückstellfeder 8 zurückgestellt werden. Eine geometrische Kopplung zwischen Trittplatte 1 und Wippe 4 ist hier nicht nötig.
-
Alternative Anlenkung der Trittplatte
-
Ohne den Grundaufbau der Fahrpedaleinheit 50 zu ändern, kann die Trittplatte 1 auch über einen Gelenkhebel 15 angelenkt werden. Dazu wird zwischen dem Mitnehmer 5 und der Trittplatte 1 ein Gelenkhebel 15 integriert, welcher dann das Gegenmoment überträgt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
