DE102017113114A1 - Antriebseinheit für ein Fahrzeug und Fahrzeug mit der Antriebseinheit - Google Patents

Abstract

Es sind Fahrzeuge bekannt, die über Tretpedalvorrichtungen mit linear oszillierenden Pedalen angetrieben werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Antriebseinheit für ein Fahrzeug bereitzustellen.Hierzu wird eine Antriebseinheit 10 für ein Fahrzeug 11 vorgeschlagen mit einem Pedalsystem 4 zum Einleiten einer Antriebsenergie für das Fahrzeug 11, wobei das Pedalsystem 4 ein erstes Pedal 1 und ein zweites Pedal 2 zur Erzeugung einer oszillierenden Linearbewegung umfasst, mit einer Bremse 8 zum Bremsen des Fahrzeugs 11, und mit einer Sensoreinrichtung 14 zur Erfassung einer ersten Pedalkraft Fauf das erste Pedal 1 und zur Ausgabe eines ersten Signals S1 in Abhängigkeit der ersten Pedalkraft Fund zur Erfassung einer zweiten Pedalkraft Fauf das zweite Pedal 2 und zur Ausgabe eines zweiten Signals Sin Abhängigkeit der zweiten Pedalkraft F, und mit einer Steuereinheit 7, wobei die Steuereinheit 7 ausgebildet ist, das erste und das zweite Signal S, Sauszuwerten und in Abhängigkeit der Auswertung einen Bremsvorgang der Bremse 8 auszulösen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug mit der Antriebseinheit.
• Bei Fahrrädern wird oft eine Muskelkraft als Antriebsenergie verwendet. Fahrräder sind hierfür mit Pedalsystemen ausgestaltet, wobei die Muskelkraft über rotierende Pedalen eingeleitet wird und über eine Fahrradkette an eine Fahrradnabe zum Antrieb übertragen wird. Ein solches Fahrrad weist eine mechanische und/oder hydraulische Bremsvorrichtung auf, welche über eine Rücktrittsbremse oder Handbremse betätigbar sind.
• Die Druckschrift DE 10 2015 210 775 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart eine Tretpedalvorrichtung mit Getriebebaugruppe zum Antreiben eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug mit der Tretpedalvorrichtung. Die Tretpedalvorrichtung weist zwei Pedale auf, die linear, oszillierend betätigt werden, um das Fahrzeug anzutreiben.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Antriebseinheit für ein Fahrzeug bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Antriebseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung und/oder den beigefügten Figuren.
• Gegenstand der Erfindung ist eine Antriebseinheit für ein Fahrzeug, welche zugleich zum Bremsen des Fahrzeugs ausgebildet ist. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein ausschließlich muskelbetriebenes oder um ein muskelhybridbetriebenes Fahrzeug handeln. Bei dem ausschließlich muskelbetriebenen Fahrzeug wird die Antriebsenergie ausschließlich über Pedalkräfte eingeleitet. Bei einem muskelhybridbetriebenen Fahrzeug wird zum einen die Antriebsenergie über die Pedalkräfte eingeleitet, zur optionalen oder dauerhaften Unterstützung weist die Antriebseinheit eine elektrische Maschine auf. Das Fahrzeug kann auch als reines Elektrofahrzeug ausgebildet sein, wobei zwischen den Pedalen und den angetriebenen Rädern keine mechanische Antriebsverbindung gegeben ist, sondern die Antriebsenergie aus den Pedalkräften direkt in Strom umgewandelt wird und die elektrische Maschine antreibt. Optional kann die elektrische Maschine als Elektromotor zum Antrieb oder als Generator zur Rekuperation von elektrischer Energie genutzt werden. Optional weist die Antriebseinheit eine Speichereinrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie für die elektrische Maschine auf. Besonders bevorzugt ist das Fahrzeug als ein Vierrad oder als ein Dreirad oder allgemein Mehrrad ausgebildet.
• Die Antriebseinheit umfasst ein Pedalsystem zum Einleiten der Antriebsenergie, wobei die Antriebsenergie über die Pedalkräfte, also über Treten oder Pedalieren, eingeleitet wird. Dabei kann die vollständige Antriebsenergie über das Pedalsystem eingeleitet werden oder nur ein Teil der Antriebsenergie.
• Das Pedalsystem umfasst ein erstes und ein zweites Pedal. Das Pedal ist jeweils dazu ausgebildet, insbesondere durch einen Fuß des Fahrers bedient zu werden, sodass der Fahrer durch die Pedale das Pedalsystem antreiben kann. Dabei wirkt auf die Pedale jeweils eine Pedalkraft durch den Fuß des Fahrers ein. Das Pedalsystem bildet dadurch eine Schnittstelle zum Fahrer, so dass der Fahrer dieses vorzugsweise mit den Füßen betätigen kann und somit das Pedalsystem bewegt und dadurch Antriebsenergie in das Fahrzeug einleitet.
• Die Pedale ermöglichen die Erzeugung einer oszillierenden Linearbewegung, wobei die Pedale in einer gemeinsamen Tretrichtung oszillierend, jedoch vorzugsweise gegenläufig, hin- und herbewegt werden. Beispielsweise kann das Pedalsystem eine Führungseinrichtung, wie z.B. einen Führungsschiene, aufweisen, welche zur linearen Führung der zwei Pedale in der Tretrichtung ausgebildet ist. Besonders bevorzugt weisen beide Pedale die gleiche Tretrichtung auf. Insbesondere werden das erste und das zweite Pedal jeweils geradlinig verfahren, wobei die geradlinigen Verfahrwege eine Ebene aufspannen, in der auch die Tretrichtung liegt. Besonders bevorzugt werden die zwei Pedale durch die Führungseinrichtung in der Tretrichtung zwangsgeführt, insbesondere derart, dass diese als einzigen Freiheitsgrad die Tretrichtung haben, jedoch z.B. senkrecht zu der Tretrichtung gesperrt sind.
• Die Antriebseinheit weist eine Bremse zum Bremsen des Fahrzeugs auf. Die Bremse kann z.B. als eine mechanische oder als eine hydraulische oder als eine elektrische Bremse ausgestaltet sein. Bevorzugt ist die Bremse als eine elektromechanische Bremse ausgebildet oder als eine generatorische Bremse ausgebildet. Die generatorische Bremse ist besonders bevorzugt in der elektrischen Maschine umgesetzt wird, so dass über die elektrische Maschine gebremst wird. Vorzugsweise ist die Bremse als eine steuerbare Bremse ausgebildet, die über ein Steuersignal angesteuert werden kann, um einen Bremsvorgang auszulösen.
• Die Antriebseinheit weist eine Sensoreinrichtung zur direkten oder indirekten Erfassung der momentan wirkenden ersten Pedalkraft auf das erste Pedal in einem ersten Signal und zur direkten oder indirekten Erfassung der momentan wirkenden zweiten Pedalkraft auf das zweite Pedal in einem zweiten Signal auf. Diese Pedalkraft wird durch die Füße des Fahrers auf die Pedale übertragen.
• Im Rahmen der Erfindung ist eine Steuereinheit zur Steuerung der Bremse vorgesehen, wobei die Steuereinheit mit der Sensoranordnung signaltechnisch gekoppelt ist, so dass das erste und das zweite Signal von der Sensoranordnung übertragen werden können. Die Steuereinheit kann beispielsweise als eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung, wie z.B. ein Microcontroller ausgebildet sein. Die Steuereinheit ist programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet, die Signale auszuwerten und in Abhängigkeit der Signale einen Bremsvorgang bei der Bremse auszulösen. Insbesondere aktiviert die Steuereinheit die Bremse über ein oder das Steuersignal.
• Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, die Antriebseinheit so auszubilden, dass der Fahrer über das Pedalsystem einen Bremsvorgang einleiten kann. Dies ermöglicht dem Fahrer ohne Hilfe der Hände das Fahrzeug zu bremsen. Von konventionellen Fahrrädern ist ein derartiger Bremsvorgang über die sogenannte Rücktrittbremse bekannt. Eine Übertragung einer derartigen Mechanik auf das Fahrzeug mit der Antriebseinheit ist allerdings nicht möglich, da es in dieser Art keinen Rücktritt gibt. Stattdessen wird ein entsprechender Bremsbefehl über die Sensoreinrichtung eingeleitet und an die Steuereinheit zur Verarbeitung weitergeleitet. Auf diese Weise kann ein intuitives Bremsen mit den Füßen auch bei einem oszillierend betriebenen Pedalsystem umgesetzt werden.
• Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit ausgebildet, den Bremsvorgang auszulösen, wenn über die Sensoreinrichtung ein zeitgleiches Betätigen und/oder Einleiten von Pedalkräften in die Pedale als Bremsung erfasst wird. Bei dem oszillierenden Pedalsystem werden in einem üblichen Antriebsbetrieb die Pedalkräfte in die erste und die zweite Pedale abwechselnd eingeleitet. Ein zeitgleiches Einleiten von Pedalkräften führt dagegen zu einer Blockierung des Pedalsystems. Die Steuereinheit erfasst die zeitgleiche Betätigung, interpretiert diese als Bremswunsch und löst den Bremsvorgang der Bremse aus. Auf diese Weise kann der Fahrer eine Bremsung intuitiv über die Füße auslösen.
• Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Steuereinheit ausgebildet, den Bremsvorgang auszulösen, wenn die erste Pedalkraft einen ersten Schwellwert und die zweite Pedalkraft einen zweiten Schwellwert zeitgleich überschreitet. Der erste und der zweite Schwellwert können unterschiedlich ausgebildet sein, bevorzugt und in einer einfachen Ausgestaltung sind die Schwellwerte identisch gewählt. Diese Schwellwerte sind sinnvoll, damit die Füße des Fahrers auf die Pedale des Fahrzeugs gelegt werden können und auf diese Pedalen auch zum Antrieb des Fahrzeugs eine Kraft ausgeübt werden kann, ohne dass ein unerwünschter Bremsvorgang ausgelöst wird. Dies bedeutet, dass der Fahrer einen Bremsvorgang auslösen kann, wenn er auf beide Pedalen kräftig tritt. Nicht als Bremswunsch wird, falls die Pedalen gegenläufig angeordnet sind, hingegen eine hohe Pedalkraft auf einer der Pedalen und eine niedrige Pedalkraft auf der anderen Pedale gewertet, dies entspricht vielmehr einem Antriebswunsch. Dadurch kann nun auch bei einer linear oszillierenden Pedalbewegung, bei welcher nicht rückwärts getreten bzw. pedaliert werden kann und somit keine Rückwärtsbremse wie bei einer Tretkurbel vorgesehen und möglich ist, nur mit den Füßen des Fahrers gebremst werden, ohne die Hände vom Lenker zu lassen oder den Fuß vom Pedal nehmen, was ein unerwünschtes Gefahrenmoment darstellen würde.
• Vorteilhafterweise kann zusätzlich zum Überschreiten der Schwellwerte gefordert werden, dass die momentan wirkende zweite Pedalkraft und die momentan wirkende erste Pedalkraft, d.h. die Höhe des ersten Signals und des zweiten Signals gleich groß sind oder voneinander weniger als ein vorgebbarer Grenzwert oder Grenzbereich abweichen. Dies kann zur Absicherung des Bremswunsches dienen.
• Alternativ oder ergänzend kann zusätzlich zum zeitgleichen Betätigen der Pedale als Bedingung für das Auslösen der Bremse eine Mindestdauer der zeitgleichen Betätigung der Pedale als weitere Bedingung von der Steuereinheit geprüft werden. Für den Fall, dass die Zeitdauer der Betätigung der Pedale die Mindestsauer unterschreitet, wird die zeitgliche Betätigung als Versehen oder als zufällig gewertet und nicht als Bremswunsch interpretiert.
• In einer bevorzugten Realisierung ist der Schwellwert als eine Mindestkraft ausgestaltet, wobei die Mindestkraft zumindest aus einer Kraft, die beim Ablegen des Fußes des Fahrers auf ein Pedal erzeugt ist, gebildet ist. Diese Mindestkraft ist sinnvoll, damit beim normalen Betrieb kein ungewollter Bremsvorgang ausgelöst wird. Zusätzlich kann die Mindestkraft noch einen Sicherheitswert und/oder andere Offsetwerte umfassen. Der Sicherheitswert und/oder die anderen Offesetwerte können auf die obige Kraft zur Bildung des Schwellwertes aufaddiert werden. Durch die Addition des Sicherheitswertes und optional der anderen Offsetwerte wird verhindert, dass bei nur geringfügigem Ausüben einer Kraft auf die Pedalen, die über den normalen Betrieb hinausgehen, ein ungewollter Bremsvorgang ausgelöst wird. Eine solche Situation könnte beispielweise vorliegen, wenn der Fahrer sich auf dem Fahrzeug aufrichtet und die Füße auf die Pedalen stemmt. Der Sicherheitswert und/oder die Offsetwerte kann bzw. können empirisch ermittelt werden.
• Vorzugsweise ist die Steuereinheit ausgebildet, die Höhe der Bremskraft bei dem Bremsvorgang in Abhängigkeit der Höhe der ersten und/oder der zweiten Pedalkraft zu steuern. Insbesondere korrelieren bei einem Bremsvorgang die Höhe des ersten Signals und die Höhe des zweiten Signals einerseits direkt mit der Höhe einer Bremskraft andererseits. Der Bremsvorgang wird daher je nach der Höhe der Pedalkraft ausgeführt; überschreiten die Pedalkräfte z.B. den Schwellwert in hohem Maße, so wird eine starke Bremsung durchgeführt, überschreiten die Pedalkräfte den Schwellwert nur in geringen Maß, so wird eine schwache Bremsung durchgeführt. Die von der Höhe der Signale abhängige Höhe der Bremskraft kann beispielsweise in der Steuereinheit hinterlegt sein. Die Korrelation von der Höhe der Bremskraft und Höhe der Signale kann empirisch ermittelt oder wissenschaftlich berechnet werden.
• Bevorzugt weist die Sensoreinrichtung einen ersten Drucksensor und/oder eine erste Wägezelle in oder an dem ersten Pedal zur Generierung des erstens Signals und einen zweiten Drucksensor oder/und eine zweite Wägezelle in oder an dem zweiten Pedal zur Generierung des zweiten Signals auf. Die Wägezellen oder Drucksensoren nehmen die Kraft auf, welche durch den Fahrer auf die Pedale ausgeübt werden. Die Wägezellen bzw. Drucksensoren können auf einfache Art und Weise in oder an den Pedalen angebracht werden. Die durch die Wägezellen oder Drucksensoren generierten Signale können beispielsweise mittels Funk oder kabelgebunden an die Steuereinheit weitergegeben werden. Alternativ oder zusätzlich weist die Sensorvorrichtung einen Pedalwegsensor auf. Über den Pedalwegsensor kann ermittelt werden, welche Kraft der Fahrer auf die Pedalen ausübt. Dies wird beispielsweise über eine vorgespeicherte und/oder mit den Ist-Zuständen entsprechend berechnete Korrelation zwischen dem Pedalweg und der Pedalkraft bewerkstelligt.
• Die Antriebseinheit umfasst vorzugsweise eine Umsetzungsbaugruppe, welche zur Umsetzung der oszillierenden Linearbewegung in eine Rotationsbewegung von mindestens einem Rad des Fahrzeugs an das Pedalsystem gekoppelt ist. Die Umsetzungsbaugruppe ist dazu ausgebildet, die oszillierende Linearbewegung aus der Bewegung des Fahrers zu verarbeiten. Die Umsetzungsbaugruppe ist dafür mit dem Pedalsystem wirkverbunden und übernimmt die oszillierende Linearbewegung und setzt diese in eine Rotationsbewegung von mindestens einem Rad des Fahrzeugs um.
• Bei einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung weist die Umsetzungsbaugruppe ein Pedalzugmittel auf, welches um mindestens eine erste und um eine zweite Umlenkrolle geführt ist. Bevorzugt umläuft das Pedalzugmittel die mindestens erste Umlenkrolle und die mindestens zweite Umlenkrolle. Die vom Fahrer aufgebrachte Pedalkraft kann beispielsweise an einer der Umlenkrollen für einen Vortrieb des Fahrzeugs genutzt werden, beispielsweise durch eine angeordnete Abtriebswelle. Das Pedalzugmittel kann z.B. als Seil oder Riemen ausgebildet sein. Die Sensoreinrichtung weist mindestens einen Zugmittelkraftsensor in oder an dem Pedalzugmittel zur Generierung des ersten Signals und des zweiten Signals auf. Mittels des Pedalzugmittelkraftsensors wird die Kraft des Fahrers auf das erste Pedal und das zweite Pedal als Pedalkräfte ermittelt. Vorzugsweise ist der Zugmittelkraftsensor als eine Kraftmessdose zur Messung der Seilkraft ausgebildet.
• Alternativ oder ergänzend weist die Sensoreinrichtung einen DMS (Dehnungsmessstreifen)-Messbolzen an zumindest einer der Umlenkrollen zur Generierung des ersten Signals und des zweiten Signals auf. Die DMS-Messbolzen können anstelle bereits vorhandener Bolzen eingesetzt werden, um die Pedalkräfte auf den Pedalen zu erfassen. Hier wird der DMS-Messbolzen vorteilhafterweise gleichzeitig als Lagerbolzen der entsprechenden Umlenkrolle verwendet. Im Innern des Bolzens oder in einer Tasche können Dehnungsmessstreifen angeordnet werden, die die Scherkräfte auf den Bolzen messen. Dadurch wird der Lagerbolzen zum Kraftsensor.
• Bei einer weiteren möglichen Ausgestaltung ist die Umsetzungsbaugruppe als die elektrische Maschine ausgebildet oder umfasst diese, welche sowohl als Generator als auch als Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet werden kann. Bevorzugt weist die Sensoreinrichtung an der elektrischen Maschine mindestens einen Sensor zur Drehmomentmessung oder Strommessung zur Generierung des erstens Signals und/oder zur Generierung des zweiten Signals auf.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Sensorvorrichtung zumindest zwei Sensoreinheiten, mit einer ersten Sensoreinheit zur direkten oder indirekten Erfassung der momentan wirkenden ersten Pedalkraft auf das erste Pedal in einem ersten Signal und zur direkten oder indirekten Erfassung der momentan wirkenden zweiten Pedalkraft auf das zweite Pedal in einem zweiten Signal und einer dritten, zur ersten Sensoreinheit unterschiedlichen, Sensoreinheit zur direkten oder indirekten Erfassung der momentan wirkenden ersten Pedalkraft auf das erste Pedal in einem dritten Signal und zur direkten oder indirekten Erfassung der momentan wirkenden zweiten Pedalkraft auf das zweite Pedal in einem vierten Signal. Dabei können die Sensoreinheiten als die oben beschriebenen Sensoren ausgestaltet sein. Durch das Verwenden eines dritten und eines vierten Signals kann eine Redundanz erzielt werden und der Bremswunsch mit dieser Redundanz abgesichert werden. Zusätzlich kann auch bei einem Versagen oder Ausfalls eines Sensors der Bremswunsch erfasst und damit der Bremsvorgang durchgeführt werden. Dadurch ergibt sich eine erhöhte Sicherheit für den Fahrer.
• Ein weiterer Gegenstand der Erfindung bildet ein Fahrzeug, welches eine Antriebseinheit aufweist, wie diese zuvor beschrieben wurde.
• Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
• 1 schematisch ein Fahrzeug mit einer Antriebseinheit als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
• 2 ein Ablaufdiagramm für einen Bremsvorgang bei dem Fahrzeug bzw. der Antriebseinheit.
• 1 zeigt stark schematisiert ein Fahrzeug 11 mit einer Antriebseinheit 10 zum Antrieb des Fahrzeugs 11. Bei dem Fahrzeug 11 kann es sich um ein ausschließlich muskelbetriebenes oder muskelhybridbetriebenes oder elektrisches Fahrzeug handeln, also ein Fahrzeug 11, welches zur optionalen oder dauerhaften Unterstützung des Antriebs eine elektrische Maschine aufweist. Das Fahrzeug 11 weist in dem Ausführungsbeispiel vier Räder 13 auf, wobei zwei Räder 13 einer angetriebenen Achse und zwei Räder 13 einer weiteren Achse zugeordnet sind. Das Fahrzeug 11 weist somit zwei angetriebene Räder 13 auf.
• Die Antriebseinheit 10 weist ein Pedalsystem 4 zur Erzeugung einer oszillierenden Linearbewegung auf. Das Pedalsystem 4 umfasst ein erstes Pedal 1 und ein zweites Pedal 2. Die Pedalen 1,2 bilden eine Schnittstelle zum Fahrer und stellen eine Auflagefläche für den Fuß des Fahrers bereit. Die Pedalen 1,2 sind zur linearen Führung in einer Führungseinrichtung angeordnet. Die Führungseinrichtung ist als eine Führungsschiene 9 ausgebildet. Durch den Fahrer werden die Pedalen 1,2 unter Ausüben einer Pedalkraft auf die Pedalen 1,2 oszillierend und zudem gegenläufig bewegt, so dass die oszillierende Linearbewegung erzeugt wird.
• Die Antriebseinheit 10 umfasst eine Umsetzungsbaugruppe 12, welche zur Umsetzung der oszillierenden Linearbewegung in eine Rotationsbewegung von mindestens einem der Räder 13 des Fahrzeugs 11 dient.
• Bei dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Übertragung der oszillierenden Linearbewegung zu der Umsetzungsbaugruppe 12 und deren Umsetzung in die Rotationsbewegung über ein Pedalzugmittel 3, an welchem das erste Pedal 1 und das zweite Pedal 2 angeordnet sind. Das Pedalzugmittel 3 kann als ein Seil ausgebildet sein. Durch das Pedalzugmittel 3 sind die Pedalen 1, 2 miteinander gekoppelt. Diese Kopplung wird bevorzugt über mindestens zwei Umlenkrollen (nicht gezeigt) bewerkstelligt, über die das Pedalzugmittel 3 umgelenkt wird.
• Die Antriebseinheit 10 weist eine Bremse 8 auf, die an mindestens eines der Räder 13 gekoppelt ist oder mit diesem wirkverbunden ist. Diese kann elektrisch, hydraulisch oder mechanisch ausgebildet sein. Die Bremse 8 weist einen Aktor auf, um die Bremse 8 mit Fremdenergie zu betätigen. Mittels der Bremse 8 lässt sich ein Bremsvorgang durchführen, bei dem das Fahrzeug 11 zum Stehen kommt oder abgebremst wird. Es ist vorgesehen, dass die Bremse 8 ansteuerbar, insbesondere signaltechnisch ansteuerbar ist, so dass der Bremsvorgang signaltechnisch auslösbar ist. Alternativ wird die Bremse 8 durch die elektrische Maschine als generatorische Bremse gebildet, wobei durch die elektrische Maschine gebremst und ggf. Energie rekuperiert wird.
• Die Antriebseinheit 10 weist eine Sensoreinrichtung 14 zur direkten oder indirekten Erfassung einer momentan wirkenden ersten Pedalkraft F_P1 auf das erste Pedal 1 in einem ersten Signal S₁ und zur direkten oder indirekten Erfassung einer momentan wirkenden zweiten Pedalkraft F_P2 auf das zweite Pedal 2 in einem zweiten Signal S₂ auf. Die Sensoreinrichtung 14 kann z.B. verschiedene Pedalkraftsensoren 5, 6 zur Ermittlung der ersten Pedalkraft F_P1 in einem ersten Signal S₁ und der zweiten Pedalkraft F_P2 in einem zweiten Signal S₂ umfassen. Der erste Pedalkraftsensor 5 und der zweite Pedalkraftsensor 6 können dabei als Drucksensoren oder Wägezellen ausgebildet sein, welche an oder in den Pedalen 1, 2 angeordnet sind. Auch können die Pedalkraftsensoren 5, 6 als Kraftmesssensoren, insbesondere als Kraftmessdosen ausgebildet sein, welche die Kraft des Pedalzugmittels 3 messen. Dies entspricht einer Seilkraftmessung, wenn das Pedalzugmittel 3 als Seil ausgebildet ist. Auch können der erste Pedalkraftsensor 5 und der zweite Pedalkraftsensor 6 als DMS (Dehnungsmessstreifen)-Messbolzen an zumindest einer der Umlenkrollen (nicht gezeigt) ausgebildet sein. Alternativ können der erste Pedalkraftsensor 5 und der zweite Pedalkraftsensor 6 als Pedalwegsensor vorgesehen sein.
• Aus Redundanzgründen und zur Validierung der so ermittelten ersten Pedalkraft F_P1 in einem ersten Signal S₁ und der zweiten Pedalkraft F_P2 in einem zweiten Signal S₂ können zumindest zwei weitere Pedalkraftsensoren vorhanden sein, nämlich ein dritter und ein vierter Pedalkraftsensor, zur Ermittlung der ersten Pedalkraft F_P1 in einem dritten Signal und der zweiten Pedalkraft F_P2 in einem vierten Signal. Dabei sind bevorzugt der erste Pedalkraftsensor 5 und der dritte Pedalkraftsensor zur Ermittlung der ersten Pedalkraft F_P1 als Kraftsensoren unterschiedlicher Bauart ausgeführt. So kann beispielsweise der erste Pedalkraftsensor 5 eine Wägezelle im Pedal 1 sein und der dritte Pedalkraftsensor ein Pedalwegsensor. Analoges gilt für den zweiten Pedalkraftsensor 2 und den vierten Pedalkraftsensor. Funktionieren alle der hier angeordneten vier Sensoren, so dient diese Messung der Validierung der Pedalkräfte. Ergibt sich bei der Messung beispielsweise eine starke Abweichung von den einzelnen gemessenen Kräften, die auf das gleiche Pedal wirkt, so kann beispielsweise aus Sicherheitsgründen immer die höhere Pedalkraft für die nachfolgende Bestimmung eines Bremsvorgangs herangezogen werden. Die unterschiedlichen Ergebnisse können beispielsweise durch einen defekten Sensor hervorgerufen werden. Fällt einer der Sensoren hingegen betriebsbedingt komplett aus, so wird durch die redundante Messung der Pedalkräfte F_P1 und F_P2 weitestgehend sichergestellt, dass überhaupt eine erste Pedalkraft F_P1 und eine zweite Pedalkraft F_P2 für das weitere Vorgehen vorhanden sind. Dies stellt für den Fahrer eine erhöhte Sicherheit, dass ein Bremsvorgang bei einem Bremswunsch ausgeführt wird, dar.
• Die Antriebseinheit 10 weist eine Steuereinheit 7 auf, welche signaltechnisch mit der Sensoreinrichtung 14 gekoppelt ist. Die Steuereinheit 7 ist z.B. als eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildet. Die Steuereinheit 7 erhält das erste und das zweite Signal S₁ und S₂ und wertet diese aus. Zudem ist die Steuereinheit 7 signaltechnisch mit der Bremse 8 verbunden. In Abhängigkeit der Auswertung der Signale S₁ und S₂ löst die Steuereinheit 7 einen Bremsvorgang in der Bremse 8 aus. Sofern die Antriebseinheit 10 eine elektrische Maschine aufweist, kann das Bremsen alternativ oder optional ergänzend über die elektrische Maschine umgesetzt werden, die dann optional im Generatorbetrieb arbeitet, Energie rekuperiert und in eine Speichereinrichtung überführt.
• 2 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Auslösung eines Bremsvorgangs. Zunächst werden die Pedalkräfte in den Pedalen 1 und 2 durch die Pedalsensoren 5 und 6 erfasst und als Signal S₁ und S₂ an die Steuereinheit 7 übertragen. Die Steuereinheit 7 hat die Funktion, ein beidfüssiges Bremsen an den Pedalen 1, 2 zu erfassen, als Bremschwunsch zu interpretieren und in der Bremse 11 einen Bremsvorgang auszulösen.
• In der Steuereinheit 7 sind Schwellwerte oder mindestens ein Schwellwert in Bezug auf die Pedalkraft hinterlegt. Sobald die Signale S₁ , S₂ der beiden erfassten Pedalkräfte F_P1 und F_P2 zeitgleich den oder die Schwellwerte überschreiten, wird durch die Steuereinheit 7 ein Bremsvorgang in der Bremse 8 ausgelöst. Je höher die Pedalkräfte F_P1 und F_P2 sind, desto stärker soll auch die Bremswirkung der Bremse 8 sein.
• Der Schwellwert ist als eine Mindestkraft F_min ausgebildet, welche durch den Fuß des Fahrers jeweils auf die Pedale 1, 2 mindestens ausgeübt werden muss, um den Bremsvorgang einzuleiten. Dabei kann die Mindestkraft F_min, zumindest durch die nachfolgend beschriebenen Größen bestimmt werden:
• Als eine erste Größe wird eine mögliche Vorspannkraft eines Pedalkraftsensors, falls ein solcher vorhanden ist, bestimmt. Diese Vorspannkraft entsteht ggf. durch die Seilvorspannung des Pedalsystems 4. Als eine zweite Größe wird eine generelle Kraft, die beim Ablegen des Fußes auf ein Pedal 1, 2 erzeugt ist, bestimmt. Dabei entsteht diese Kraft beim normalen Auflegen des Fußes auf das Pedal 1, 2 oder beim Zurückschieben des Fußes durch die Pedale 1 und das Bewegen der Pedale 1, 2 in eine Richtung B (1). Eine dritte Größe ist ein Sicherheitswert. Dieser kann aus empirischen Datensätzen gewonnen werden und dient vor allem dazu, dass kein ungewollter Bremsvorgang eingeleitet wird. Zur Bildung der Mindestkraft F_min werden alle drei Größen summiert.
• Anschließend werden durch die Steuereinheit 7 die Signale S₁ und S₂ ausgewertet.
• Gilt und gleichzeitig/zeitgleich $$S_1>F_{min}$$

  

  $$S_2>F_{min}$$

  

  wird ein Bremsvorgang 8 ausgelöst.
• Ist einer der Bedingungen nicht erfüllt, so wird keine Bremsung 9 vorgenommen.
• Wird ein Bremsvorgang 8 ausgelöst, so hängt die Höhe der Bremskraft F_B von der Höhe der Signale S₁ , S₂ und damit der Pedalkräfte P_F2 und P_F2 , die auf die Pedalen 1,2 (1) wirken, ab. Dabei gilt, dass je höher die Signale S₁ , S₂ sind, desto stärker ist auch die Höhe der Bremskraft bzw. Bremswirkung. Dabei wird die Höhe der Bremskraft F_B wie nachfolgend gebildet. Dies kann in der Steuereinheit 7 vorgenommen werden. $$F_B=\left(\left(F_{P1}+F_{p2}\right)-2\ast F_{min}\right)\ast g$$

  

  , wobei g ein Gewichtungsfaktor ist.
• Dabei wird g in der Steuereinheit 7 vorab definiert und kann fahrzeugabhängig sein. Diese so bestimmte Höhe der Bremskraft F_B wird als Steuersignal an die Bremse 8 übertragen.
• Durch die erfindungsgemäße Antriebseinheit 10 kann der Fahrer des Fahrzeugs 11 mit oszillierender Pedalbewegung eine Bremsung des Fahrzeugs 11 ausschließlich mittels der Füße auslösen, ohne die Füße von den Pedalen 1, 2 zu nehmen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine handbetätigende Bremsung nicht möglich ist oder der Fahrer die Hand/Hände nicht zur Bedienung der Bremsbetätigungselemente bereit hat.
• Bezugszeichenliste

1

erste Pedale

2

zweite Pedale

3

Pedalzugmittel

4

Pedalsystem

5

erster Pedalkraftsensor

6

zweiter Pedalkraftsensor

7

Steuereinheit

8

Bremse

9

Führungsschiene

10

Antriebseinheit

11

Fahrzeug

12

Umsetzungsbaugruppe

13

Räder

14

Sensoreinrichtung

P_F1

erste Pedalkraft

P_F2

zweite Pedalkraft

F_B

Bremskraft

Fmin

Mindestkraft

S₁

erstes Signal

S₂

zweites Signal

g

Gewichtungsfaktor

A,B

Richtungen

• 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
• DE 102015210775 A1 [0003]

Claims (10)

1. Antriebseinheit (10) für ein Fahrzeug (11), mit einem Pedalsystem (4) zum Einleiten einer Antriebsenergie für das Fahrzeug (11), wobei das Pedalsystem (4) ein erstes Pedal (1) und ein zweites Pedal (2) zur Erzeugung einer oszillierenden Linearbewegung umfasst, mit einer Bremse (8) zum Bremsen des Fahrzeugs (11), gekennzeichnet durch eine Sensoreinrichtung (14) zur Erfassung einer ersten Pedalkraft (F_P1) auf das erste Pedal (1) und zur Ausgabe eines ersten Signals (S1) in Abhängigkeit der ersten Pedalkraft (F_P1) und zur Erfassung einer zweiten Pedalkraft (F_P2) auf das zweite Pedal (2) und zur Ausgabe eines zweiten Signals (S₁) in Abhängigkeit der zweiten Pedalkraft (F_P1), und mit einer Steuereinheit (7), wobei die Steuereinheit (7) ausgebildet ist, das erste und das zweite Signal (S₁, S₂) auszuwerten und in Abhängigkeit der Auswertung einen Bremsvorgang der Bremse (8) auszulösen.
2. Antriebseinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (7) ausgebildet ist, den Bremsvorgang auszulösen, wenn zeitgleich die erste und die zweite Pedalkraft (F_P1, F_P2) als Bremsung erfasst werden.
3. Antriebseinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (7) ausgebildet ist, den Bremsvorgang auszulösen, wenn die erste Pedalkraft (F_P1) einen ersten Schwellwert und die zweite Pedalkraft (F_P2) einen zweiten Schwellwert zeitgleich überschreiten.
4. Antriebseinheit (10), nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Schwellwert als eine Mindestkraft (F_min) ausgestaltet ist, wobei die Mindestkraft (F_min) zumindest aus einer Kraft, die beim Ablegen des Fußes des Fahrers auf eine der Pedalen (1,2) gebildet ist.
5. Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (7) ausgebildet ist, die Höhe der Bremskraft bei dem Bremsvorgang in Abhängigkeit der Höhe der ersten und/oder der zweiten Pedalkraft (F_P1, F_P2) zu steuern.
6. Antriebseinheit (10) einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung einen ersten Drucksensor oder/und eine erste Wägezelle in oder an dem ersten Pedal (1) zur Generierung des ersten Signals (S₁) und einen zweiten Drucksensor oder/und eine zweite Wägezelle in oder an dem zweiten Pedal (2) zur Generierung des zweiten Signals (S₂) aufweist.
7. Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Umsetzungsbaugruppe (12), welche zur Umsetzung der oszillierenden Linearbewegung in eine Rotationsbewegung von mindestens einem Rad des Fahrzeugs (13), an das Pedalsystem (4) gekoppelt ist.
8. Antriebseinheit (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzungsbaugruppe (12) zumindest ein Pedalzugmittel (3), an welchem das erste Pedal (1) und das zweite Pedal (2) angeordnet sind, und mindestens eine erste Umlenkrolle und mindestens eine zweite Umlenkrolle aufweist, wobei das Pedalzugmittel (3) die mindestens erste Umlenkrolle und die mindestens zweite Umlenkrolle umläuft, wobei die Sensoreinrichtung (14) mindestens einen Seilkraftsensor in oder an dem Pedalzugmittel (3) zur Generierung des ersten Signals (S₁) und/oder des zweiten Signals (S₂) aufweist und/oder und wobei die Sensoreinrichtung (14) mindestens einen DMS (Dehnungsmessstreifen)-Messbolzen an zumindest einer der Umlenkrollen zur Generierung des ersten Signals (S₁) und/oder des zweiten Signals (S₂) aufweist.
9. Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (8) als eine generatorische Bremse oder als eine elektromechanische Bremse ausgebildet ist.
10. Fahrzeug, gekennzeichnet durch eine Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9.

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