DE102016225578A1

DE102016225578A1 - Fahrpedaleinheit mit passiver Pedaleinheit und Aktor

Info

Publication number: DE102016225578A1
Application number: DE102016225578.9A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Stürzer
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2018-06-21

Abstract

Es wird eine Fahrpedaleinheit mit einer passiven Pedaleinheit (1) mit mindestens einer Rückstellfeder (11,12) in Ruherichtung und einem Aktor (2) zum Erzeugen eines haptischen Signals am Fahrpedal vorgestellt, wobei der Aktor einen Stößel (22) mit einer Feder (21) ausweist, welche den Stößel in Ruherichtung jeweils in Anlage an dem Fahrpedal (3) nachführt.Dabei ist vorgesehen, dass die passive Pedaleinheit (1) vorzugsweise nur genau eine Rückstellfeder (13) aufweist und die Feder (24) am Aktor als weitere Rückstellfeder ausgebildet ist und am Fahrpedal (3) eine Rückstellkraft aufbringt, welche größer, vorzugsweise um zumindest 50% größer ist als die zum Nachführen des Stößels (22) erforderliche Kraft. Die Feder (24) am Aktor trägt damit zu einem maßgeblichen Teil der Pedalkennlinie bei.

Description

Für Fahrpedaleinheiten gelten auch wegen der FMVSS 124 erhebliche Sicherheitsanforderungen. Um diese zu erfüllen, werden die passiven Pedaleinheiten üblicher Weise mit redundanten Rückstellfedern ausgebildet.
Pedale in Fahrzeugen, insbesondere das Gaspedal, werden zunehmend mit einem Aktor versehen, um dem Fahrer des Fahrzeuges ein haptisch wahrnehmbares Signal bei bestimmten Verkehrssituationen, beispielsweise dem Unterschreiten eines Mindestabstandes oder einem anstehenden Gangwechsel oder einer unökonomischen Fahrweise, beispielsweise dem Abweichen von einem optimalen Geschwindigkeit-oder Drehmomenten Bereich zu signalisieren.
Dazu werden so genannte „Force-Feedback-Pedale“, wie beispielsweise in der EP 1375233 B1 oder DE 10 2009 041 361 A1 , üblicherweise mit elektrischen Aktoren versehen, welche auf Basis von rotierenden Elektromotoren oder aber elektromagnetischen Linearantrieben arbeiten. Solche Aktoren ermöglichen eine gezielte Steuerung der Gegenkraft-Kennlinie, sind jedoch entsprechend aufwendig, teuer und weisen einen nicht unerheblichen Stromverbrauch auf.
Teilweise wird dabei die vom Aktor aufzubringende zusätzliche Rückstellkraft nicht direkt auf ein Teil des Fahrpedal Arms aufgebracht, sondern indirekt über einen veränderlichen Gegenanschlagspunkt der passiven Pedaleinheit. Eine bauliche Trennung zwischen passiver Pedaleinheit und Aktor ist aber in einem solchen Falle aufwendig.
Soll hingegen, wie beispielsweise in der WO 2005 0 84 991 A1 beschrieben, der Betätigungsstößel des Aktors direkt auf ein Teil des Fahrpedals wirken, so muss der Stößel entsprechend nachgeführt werden. Dies kann durch den Aktor selbst oder eine darin integrierte Nachführfeder realisiert werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fahrpedaleinheit vorzustellen, welche einerseits sicher und andererseits kostengünstig aufgebaut sein kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass die passive Pedaleinheit nur genau eine Rückstellfeder aufweist und dafür die Feder am Aktor als weitere Rückstellfeder ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass diese Feder des Aktors am Fahrpedal eine Rückstellkraft aufbringt, welche größer die zum Nachführen des Stößels erforderliche Kraft und zwar vorzugsweise um mindestens 50% größer ist als die zum Nachführen des Stößels erforderliche Kraft.
Anders ausgedrückt bedeutet dies auch, dass die Kennlinie, welche für die insgesamt am Pedal wirksame Rückstellkraft bzw. Rückstell-Drehmoment über den Pedalverstellweg vorgegeben ist, eben gerade nicht mehr primär alleine durch die passive Pedaleinheit erzeugt wird und man gerade versucht, den Einfluss der Nachstellfeder des Aktors zu minimieren, sondern die Rückstellfeder der passiven Pedaleinheit am Fahrpedal jeweils höchstens 70% dieses insgesamt wirksamen Rückstell-Drehmoments bewirkt und die Rückstellfeder am Aktor zumindest 30% dieses insgesamt wirksamen Rückstell-Drehmoments bewirkt.
Da eventuell die Angriffspunkte der Rückstellfeder der passiven Pedaleinheit und des Stößel des Aktors aber jeweils einen anderen Abstand zum Drehpunkt der Pedalachse aufweisen, sind für diesen Vergleich die am Pedal wirkenden Drehmomente zu berücksichtigen und nur bei identischem Abstand zum Drehpunkt mit den Rückstellkräften direkt identisch.
Es sei dabei darauf hingewiesen, dass die am Pedalarm tatsächlich wirkende Kraft natürlich als Drehmoment auch entscheidend vom Angriffspunkt der jeweiligen Kräfte abhängt und für die hier betrachtete Dimensionierung das jeweilige Drehmoment letztlich entscheidend ist.
So ist in einer Ausgestaltung auch denkbar, dass die Rückstellfeder am Aktor dass die Rückstellfeder des Aktors ein Rückstelldrehmoment erzeugt, welches maximal um +/-50% von dem abweicht, welche die Rückstellfeder der passiven Pedaleinheit am Fahrpedal bewirkt.
Als selbstständig handelbare Einheit wird zudem auch ein entsprechender Aktor für eine Fahrpedaleinheit beansprucht, wobei der Aktor einen Stößel mit einer Feder ausweist, welche den Stößel in Ruherichtung jeweils in Anlage an dem Fahrpedal nachführt und die Feder am Aktor als weitere Rückstellfeder ausgebildet ist und am Fahrpedal eine Rückstellkraft aufbringt, welche größer die zum Nachführen des Stößels erforderliche Kraft.
Damit weichen die vorliegenden Ausgestaltungen maßgeblich von den Konzepten im Stand der Technik ab. Dies soll nachfolgend nochmals anhand der Figuren und der Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

1 erfindungsgemäße Ausgestaltung
2 Ausgestaltung gemäß dem Stand der Technik

Für das Verständnis der Erfindung erscheint es hilfreich, zunächst bezugnehmend auf 2 nochmals kurz den Stand der Technik näher zu erläutern und erst nachfolgend unter Bezugnahme darauf dann in 1 die Unterschiede der erfindungsgemäßen Ausgestaltung zu erläutern.
Das Fahrpedal 3 besteht aus einer skizzenhaft angedeuteten Pedalplatte 31 und einem 1. Pedalarm 32, welcher an einer Drehachse 33 drehbar gelagert und fest verbunden mit einem 2. Pedalarm 34 ausgestaltet ist, wobei das Fahrpedal grundsätzlich auch mit nur einem Pedalarm ausgestaltet sein könnte, auf welchen dann die nachfolgend zu beschreibenden Einheiten wirken. Die Formgebung dieser Pedaleinheit ist dabei primär an die Bauraum-Erfordernisse des jeweiligen Fahrzeugs anpassbar.
Wie bereits eingangs erläutert, zeigt 2 den Stand der Technik und damit eine passive Pedaleinheit 1 mit 2 Rückstellfeder an 11 und 12, welche so dimensioniert sind, dass diese die vorgegebene Pedalkennlinie erzeugen.
Zum Erzeugen eines haptischen Signals ist zudem ein Aktor 2 mit einem Aktorgenerator 23, beispielsweise einem Linearantrieb oder anderen Elektromotor, vorgesehen, welcher mit einem Stößel 22 am Pedalarm 34 eine zusätzliche Rückstellkraft in Richtung der Nullposition des Pedals aufbringen kann. Dabei liegt der Stößel 22 am Pedalarm 34 nur lose an, so dass beim Zurückführen des Pedals in die Nullstellung keine Kraftwirkung am Stößel 22 auftritt. Damit aber andererseits auch zu jedem Zeitpunkt der Aktor 2 spielfrei wirksam werden kann, ist eine Nachführfeder 21 am Stößel vorgesehen, welche den Stößel 22 dem Pedalarm 34 jeweils nachführt, ohne dass dabei eine (zumindest nennenswerte) Rückstellkraft auf den Pedalarm aufgebracht wird.
Übliche Werte liegen hier in etwa bei einem maximal zulässigen Drehmoment-Anteil der Nachführfeder 21 in Ruhestellung von bspw. ca 0,1 Nm gegenüber 3-5 Nm der passiven Pedaleinheit und in der Vollgasstellung von ca 1 Nm an der Nachführfeder zu 4-7 Nm am Passivpedal, wobei dies rein beispielhafte Werte sind.
Trotzdem kann in einer solchen Ausgestaltung die Nachführfeder 21 zumindest in bestimmten Bereichen der Pedalkennlinie unerwünschte Störeinflüsse erzeugen.
Die in 1 gezeigte erfindungsgemäße Ausgestaltung weist demgegenüber nun in der passiven Pedaleinheit 1 vorzugsweise nur eine einzige Rückstellfeder 13 auf, welche zudem noch so dimensioniert ist, dass diese gerade nicht alleine die Pedalkennlinie bildet, sondern zudem die Feder 24 des Aktors 2 einen signifikanten Beitrag liefert, also größer dimensioniert ist als für die zum Nachführen des Stößel 22 erforderliche Kraft. Vielmehr ist die Rückstellkraft der Feder 24 am Aktor um mindestens 50%, hier sogar um mehr als 100% größer.
So erzeugt die Rückstellfeder 24 des Aktors 2 ein Rückstelldrehmoment, welches auch nur maximal um +/- 50% von dem Rückstell-Drehmoment abweicht, welches die passive Pedaleinheit 1 am Fahrpedal bewirkt.
Die Kennlinie für das insgesamt am Pedal wirksame Rückstell-Drehmoment über den Pedalverstellweg wird also von der passiven Pedaleinheit 1 jeweils zu höchstens 70% bewirkt und übernimmt die Rückstellfeder 24 des Aktors also zumindest 30% dieses insgesamt wirksamen Rückstell-Drehmoments. Diese Angaben sind Grenzwerte und natürlich nicht über den gesamten Pedalweg identisch, sondern können in bestimmten Bereichen des Pedalwegs bspw. in Richtung 50% zu 50% gehen.
Für diesen Vergleich wird wieder auf die Drehmomente Bezug genommen, da der Abstand der Angriffspunkte der Kräfte am Pedalarm unterschiedlich sein kann-bei gleichem Abstand würden die Aussagen natürlich auch für die jeweilige Rückstellkräfte identisch gelten.
Dieses Konzept stellt eine erhebliche Abweichung gegenüber der Dimensionierung im Stand der Technik dar und ermöglicht eine einfache und zugleich doch kostengünstige Realisierung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1375233 B1 [0003]
DE 102009041361 A1 [0003]
WO 2005084991 A1 [0005]

Claims

Fahrpedaleinheit mit einer passiven Pedaleinheit (1) mit mindestens einer Rückstellfeder (11,12) in Ruherichtung und einem Aktor (2) zum Erzeugen eines haptischen Signals am Fahrpedal, wobei der Aktor einen Stößel (22) mit einer Feder (21) ausweist, welche den Stößel in Ruherichtung jeweils in Anlage an dem Fahrpedal (3) nachführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (24) am Aktor als weitere Rückstellfeder ausgebildet ist und am Fahrpedal (3) eine Rückstellkraft aufbringt, welche größer die zum Nachführen des Stößels (22) erforderliche Kraft.
Fahrpedaleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellkraft der Feder (24) am Aktor um mindestens 50% größer ist als die zum Nachführen des Stößels (22) erforderliche Kraft.
Fahrpedaleinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (24) des Aktors ein Rückstelldrehmoment erzeugt, welches maximal um +/-50% von dem Rückstell-Drehmoment abweicht, welche die passive Pedaleinheit (1) am Fahrpedal bewirkt.
Fahrpedaleinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die passive Pedaleinheit (1) nur genau eine Rückstellfeder (13) aufweist.
Fahrpedaleinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kennlinie für das insgesamt am Pedal wirksame Rückstell-Drehmoment über den Pedalverstellweg vorgegeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die passive Pedaleinheit am Fahrpedal (3) jeweils höchstens 70% dieses insgesamt wirksamen Rückstell-Drehmoment bewirkt und die Rückstellfeder (24) des Aktors zumindest 30% dieses insgesamt wirksamen Rückstell-Drehmoments bewirkt.
Aktor für eine Fahrpedaleinheit, wobei der Aktor (2) einen Stößel (22) mit einer Feder (24) ausweist, welche den Stößel in Ruherichtung jeweils in Anlage an dem Fahrpedal (3) nachführt und die Feder (24) des Aktors (2) als weitere Rückstellfeder ausgebildet ist und am Fahrpedal eine Rückstellkraft aufbringt, welche größer die zum Nachführen des Stößels (22) erforderliche Kraft.