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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Fahrpedal, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
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Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Gaspedal des Typs umfassend:
- einen Träger, auf dem ein um eine erste Drehachse drehbarer Pedalhebel gelagert ist, und
- einen Rotor, der auf dem Träger eingebaut und mit dem Pedalhebel mittels eines Gelenks verbunden ist, wobei der Rotor um eine zweite Drehachse gegen die Wirkung von zwischen dem Rotor und dem Träger angeordneten elastischen Widerstandsmitteln drehbar ist.
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In Fahrpedalen, wie auch in anderen Drive-by-Wire-Steuersystemen, ist an sich bekannt, die Betätigung einer Hysteresevorrichtung so auszustatten, dass die Kraft-Weg-Kennlinie der Betätigung unterschiedlich wird zwischen dem Zustand, in dem der Fahrer eine Kraft auf die Betätigung ausübt, und dem Zustand, in dem der Fahrer die Betätigung freigibt. Zu diesem Zweck wird im Allgemeinen eine auf den Pedalhebel oder andere damit verbundene bewegliche Teile einwirkende und mittels beweglicher Elemente aufgebrachte variable Reibungskraft eingeführt, wodurch eine proportional zur Winkelstrecke des Pedalhebels veränderbare Hysterese erzeugt werden kann.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Fahrpedal des oben aufgeführten Typs zu schaffen, mit dem die Anzahl der für dessen Realisierung notwendigen Bauteile (insbesondere die Anzahl der für das Hysteresesystem bestimmten Bauteile) reduziert und in der Folge die Montagevorgänge vereinfacht werden können.
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Diese und andere Aufgaben werden gemäß der Erfindung mit einem Fahrpedal des anfangs definierten Typs gelöst, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor ein mit dem Pedalhebel verbundenes und um die zweite Achse drehbares Verbindungsstück und ein kontrolliert verformbares elastisches Teil, das sich in Bezug auf das Verbindungsstück biegen kann, umfasst, wobei die elastischen Widerstandsmittel zwischen dem kontrolliert verformbarem elastischen Teil und dem Träger angeordnet sind und das kontrolliert verformbare elastische Teil gegen eine Gleitfläche des Trägers dergestalt belastet wird, dass die Gleitfläche des Trägers geeignet ist, eine bei Änderung der Winkelstellung des Pedalhebels veränderbare Reibungskraft gegen den Rotor auszuüben.
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Bei diesem Fahrpedal besteht das System für die Realisierung einer variablen Reibungskraft faktisch aus einem einzigen Bauteil (dem Rotor), mittels dessen kontrolliert verformbaren Teils. Dies ermöglicht es, die Anzahl der für die Realisierung des Fahrpedals notwendigen Bauteile zu verringern und, in der Folge, die Montagevorgänge zu vereinfachen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verbindungsstück des Rotors ein Kopplungsende, mittels dem der Rotor drehbar auf dem Träger gelagert ist, ein Verbindungsende, mittels dem der Rotor mit dem Pedalhebel verbunden ist, und ein Paar Arme, die das Kopplungsende und das Verbindungsende verbinden, und in dem das kontrolliert verformbare elastische Teil ein freies Ende umfasst, das zwischen den Armen des Verbindungsstücks angeordnet und für die Verbindung mit den elastischen Widerstandsmitteln geeignet ist, und einen flexiblen Verbindungsabschnitt, der das freie Ende des kontrolliert verformbaren elastischen Teils mit dem Kopplungsende des Rotors verbindet, wobei der Verbindungsabschnitt ein gekrümmtes Profil hat und mit einer Gleitfläche versehen ist, die eine zur zweiten Drehachse gerichtete Konkavität aufweist und geeignet ist, sich an die Gleitfläche des Trägers anzulegen.
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Vorzugsweise umfasst das kontrolliert verformbare elastische Teil Verformungsbegrenzer, die geeignet sind, infolge einer Verformung von vorab festgelegtem Ausmaß des kontrolliert verformbaren elastischen Teils in Anlage an das Verbindungsstück des Rotors zu gehen.
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Insbesondere können die Verformungsbegrenzer ein Paar Anbauten umfassen, die sich quer vom freien Ende des kontrolliert verformbaren elastischen Teils erstrecken und jeweils gegenüber den Armen des Verbindungsstücks in einer Drehrichtung des Rotors angeordnet sind.
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Vorzugsweise ist ein Lokalisierungselement in dem Kopplungsende des Rotors angeordnet, wobei das Lokalisierungselement geeignet ist, von einem Sensor erfasst zu werden, um ein die Winkelstellung des Pedalhebels darstellendes Signal bereit zu stellen.
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Vorteilhafterweise gewährleisten die Verformungsbegrenzer auch bei Bruch des elastischen Teils des Bauteils die Wirksamkeit der elastischen Widerstandsmittel und somit die Rückkehr in die Minimalstellung des Pedalhebels und das entsprechende, von dem im Fahrpedal eingebauten Sensor gelieferte elektrische Signal.
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Gemäß dieser Ausführungsform integriert der Rotor auch den beweglichen Teil eines elektronischen Systems für die Erfassung der Stellung des Pedalhebels (zum Beispiel ein Magnet).
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, von denen:
- 1 eine Schnittansicht eines Fahrpedals gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
- 2 bis 5 verschiedene Ansichten eines Rotors des Fahrpedals aus 1 sind;
- 6 und 7 Schnittansichten sind, die die auf den Rotor im Betrieb wirkenden Kräfte darstellen;
- 8 eine Grafik ist, die die Kraft-Winkelweg-Kennlinie des Fahrpedals darstellt; und
- 9 eine perspektivische Ansicht eines Rotors des Pedals gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist.
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In den Zeichnungen ist mit 1 insgesamt ein Fahrpedal, welches auch als Gaspedal bezeichnet wird, gemäß der vorliegenden Erfindung bezeichnet.
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Das Fahrpedal 1 umfasst einen Träger, der insgesamt mit 2 bezeichnet ist. In der beispielhaft dargestellten Ausführungsform umfasst das Gehäuse des Trägers 2 einen Hauptkörper 3 und einen unteren Deckel 4, die miteinander kraftschlüssig verbunden sind.
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Das Fahrpedal 1 umfasst einen Pedalhebel 5, der drehbar auf dem Träger 2 gelagert ist.
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Der Pedalhebel 5 weist an einem Ende eine integrale, plattenförmig gebogene Ausformung 5a auf, die dazu bestimmt ist, während der Verwendung von einem Anwender mit einem Fuß gedrückt zu werden.
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Der Pedalhebel 5 ist im Träger 2 um eine in der 1 mit A bezeichnete feste Achse drehbar gelagert. Der Hebel 5 weist ferner einen in der Drehrichtung des Hebels 5 vorspringenden und mit einem gabelförmigen Ende 5c versehenen Anbau 5b auf.
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Mit Bezug auch auf die 2 bis 5 umfasst das Fahrpedal 1 auch einen am Träger 2 drehbar gelagerten Rotor 7. Der Rotor 7 ist vorzugsweise ein einstückig realisiertes Element, insbesondere aus Kunststoff. Er kann aus einem einzigen Werkstoff sein oder aus mehreren Werkstoffen, die eventuell bei der Herstellung kombiniert werden, zum Beispiel mittels eines Multimaterial-Spritzgusses.
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Der Rotor 7 umfasst ein Verbindungsstück 8, das mit dem Pedalhebel 5 verbunden und in Bezug auf den Träger 2 drehbar ist, und ein kontrolliert verformbares elastisches Teil 9, das sich in Bezug auf das Verbindungsstück 8 biegen kann.
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Das Verbindungsstück 8 des Rotors 7 umfasst ein Kopplungsende 81, mit dem der Rotor 7 drehbar auf dem Träger 2 gelagert ist. In dem dargestellten Beispiel umfasst das Ende 81 ein Paar parallel und zueinander beabstandet angeordnete Scheiben 81a, in denen jeweils mittige Durchgangslöcher 81a' ausgebildet sind. Die Scheiben 81a sind miteinander durch einen brückenartigen Abschnitt 81b, der in den 3-5 ersichtlich ist, verbunden. Von den Scheiben 81a erstrecken sich quer nach außen jeweilige kragenartige Überstände 81c, die koaxial mit der in der 1 mit B bezeichneten Drehachse des Rotors 7 angeordnet sind. Diese kragenartigen Überstände 81c sind dergestalt in jeweilige (nicht dargestellte) Sitze, die auf dem Träger 2 (teilweise im Hauptkörper 3 und teilweise im Deckel 4 auf dem Träger 2) ausgebildet sind, eingesetzt, dass die Drehachse B des Rotors 7 gebildet wird. Gemäß einer (nicht dargestellten) alternativen Ausführungsform kann der Träger mit einer feststehenden Welle, auf der drehbar der Rotor gelagert ist, ausgestattet sein. Jede Scheibe 81a definiert mit dem jeweiligen kragenartigen Überstand 81c einen Sitz für die Aufnahme von mindestens einem (nicht dargestellten) Lokalisierungselement, zum Beispiel einem Magnet, dessen Winkelstellung im Verhältnis zur Achse B von einem (nicht dargestellten) Sensor, zum Beispiel einem Hall-Effekt-Sensor, erfasst werden kann, der innerhalb eines im Träger 2 ausgebildeten Sitzes C angeordnet ist, um ein Signal für die Angabe der Winkelstellung des Rotors 7 und somit für die Darstellung der Winkelstellung des Pedalhebels 5 bereit zu stellen.
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Das Verbindungsstück 8 des Rotors 7 weist nämlich ein Verbindungsende 82 auf, mit dem der Rotor 7 mit dem Pedalhebel 5 verbunden ist. In dem dargestellten Beispiel ist das Verbindungsende 82 des Rotors 7 in Form eines Stiftes, der innerhalb des gabelförmigen Endes 5c des Anbaus 5b des Pedalhebels 5 eingesetzt ist. Denkbar sind jedoch alternative Formen der Anbindung des Rotors an den Pedalhebel, bei denen der Rotor direkt oder mittels kinematischer Zwischenelemente an den Pedalhebel angebunden werden kann.
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Das Verbindungsstück 8 des Rotors 7 umfasst ferner ein Paar Arme 84, die das Kopplungsende 81 und das Verbindungsende 82 verbinden. In dem dargestellten Beispiel erstreckt sich jeder Arm 84 in einer im Wesentlichen radialen Richtung von einem jeweiligen kragenartigen Überstand 81c bis zum Stift 82, wobei zwischen diesen ein Zwischenraum begrenzt wird.
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Das kontrolliert verformbare elastische Teil 9 des Rotors 7 umfasst ein freies Ende 91, das in dem Raum zwischen den Armen 84 des Verbindungsstücks 82 angeordnet ist. Dieses freie Ende 91 umfasst an seiner zum Deckel 4 weisenden Seite einen Sitz 92 auf, der ein Ende einer unter Druck wirkenden Schraubenfeder 11 aufnimmt, deren anderes Ende auf dem Deckel 4 des Trägers 2 anliegt. Es sind jedoch verschiedene Konfigurationen von elastischen Widerstandsmitteln möglich, zum Beispiel mit mehreren unter Druck wirkenden Federn oder mit unter Drehung wirkenden Federn.
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Das kontrolliert verformbare elastische Teil 9 umfasst ferner einen flexiblen Verbindungsabschnitt 94, der das freie Ende 91 des kontrolliert verformbaren elastischen Teils 9 mit dem Kopplungsende 81 des Verbindungsstücks 8 des Rotors 7 verbindet. In dem dargestellten Beispiel ist der Verbindungsabschnitt 94 mit dem brückenartigen Abschnitt 81b, der die Scheiben 81a des Kopplungsendes 81 verbindet, verbunden. Der obige Verbindungsabschnitt 94 weist ein gekrümmtes Profil auf und ist mit einer Gleitfläche 94a versehen, die eine zur Drehachse B des Rotors gerichtete Konkavität aufweist und geeignet ist, sich an eine am Träger ausgebildete entsprechende Gleitfläche 3a anzulegen.
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Das kontrolliert verformbare elastische Teil 9 des Rotors 7 umfasst ferner Verformungsbegrenzer, die geeignet sind, infolge einer Verformung von vorab festgelegtem Ausmaß des kontrolliert verformbaren elastischen Teils 9 in Anlage an das Verbindungsstück 8 des Rotors 7 zu gehen. In dem dargestellten Beispiel umfassen diese Verformungsbegrenzer ein Paar Anbauten 95, die sich quer vom freien Ende 91 des kontrolliert verformbaren elastischen Teils 9 erstrecken und jeweils gegenüber den Armen 84 des Verbindungsstücks 8 in einer Drehrichtung des Rotors 7 angeordnet sind.
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Vorzugsweise sind die Spannungsbegrenzer ausgebildet, um das kontrolliert verformbare elastische Teil 9 in Kontakt mit dem Verbindungsstück 8 des Rotors 7 zu halten, unter Wirkung der elastischen Widerstandsmittel 11, falls nach einem Bruch das kontrolliert verformbare elastische Teil 9 vom Verbindungsstück 8 des Rotors 7 getrennt sein sollte. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass bei Bruch des elastischen Teils des Rotors die Verformungsbegrenzer die Wirksamkeit der elastischen Widerstandsmittel und somit die Rückkehr in die Minimalstellung des Pedalhebels und das entsprechende, von dem im Fahrpedal eingebauten Sensor gelieferte elektrische Signal sicherstellen.
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Es wird nun die Funktionsweise des oben beschriebenen Fahrpedals beschrieben.
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Wenn der Pedalhebel 5 von einem Anwender betätigt wird, wird die auf die Platte 5a aufgebrachte Kraft mittels des Gelenks 5c, 82 auf den Rotor 7 übertragen.
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Der Rotor 7 wird vom Hauptkörper 3 und vom Deckel 4 des Trägers 2 mittels der kragenartigen Überstände 81c in Position gehalten.
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Der Rotor 7 ist ferner mit dem Träger 2 mittels der Gleitfläche 94a in Kontakt. Das Kräfteschema, dem der Rotor 7 unterliegt, ist in den 6 und 7 dargestellt, wobei F1 die über das Gelenk übertragene Kraft ist, F2 die von der Feder 11 ausgeübte Kraft ist, F3 die von der Gleitfläche 3a des Trägers ausgeübte Reaktionskraft ist, F4 die vom Sitz auf den kragenartigen Überstand 81c ausgeübte Reaktionskraft ist, und F5 die Reibungskraft zwischen den Gleitflächen 94a und 3a des Rotors 7 beziehungsweise des Trägers 2 ist.
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Mit Bezug auf 7 nimmt die von der Feder 11 ausgeübte Kraft F2 und die für die Betätigung des Systems notwendige Kraft F1 in dem Maße zu, in dem das Pedal betätigt und der Pedalhebel 5 in Drehung gebracht wird.
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Dank der Materialelastizität des Rotors 7 verursacht die Wirkung der Kräfte F1 und F2 eine elastische Verformung des kontrolliert verformbaren Teils 9, was die Gleitflächen 94a dazu bringt, immer mehr Kraft auf den Träger 2 abzugeben (die Pfeile P1 und P2 in 2 stellen die Bewegung des Rotors 7 und die entsprechende Verformung seines kontrolliert verformbaren Teils 9 dar). Die Reaktionskraft F3 nimmt mit dem Drehwinkel des Pedalhebels 5 zu und mit ihr die entstehende Reibungskraft F5.
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Die Kraft F4, die über die kragenartigen Überstände 81c des Rotors 7 und die jeweiligen Sitze des Trägers zwischen dem Rotor 7 und dem Träger 2 ausgetauscht wird, ist von veränderlichem Betrag und veränderlicher Richtung, um das System wieder ins Gleichgewicht zu bringen.
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Das freie Ende 91, das der vom Verbindungsabschnitt 94 des kontrolliert verformbaren Teils 9 verursachten elastischen Verschiebung ausgesetzt ist, kann sich relativ im Verhältnis zu dem Verbindungsstück 8 verschieben bis der Verschiebungsbegrenzer 95 mit den Armen 84 des Teils 8 in Kontakt geht.
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Bei Blockierung der relativen Bewegung werden weitere Verformungen des Bauteils verhindert und folglich wird der Anstieg der Krafthysterese begrenzt; dieses Merkmal verhindert, dass die Kraft übermäßig zunimmt und das Pedal nicht in die Minimalstellung (oder Ruhestellung) zurückgehen kann.
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Bei gleichen elastischen Mitteln 11 kann der Rotor 7 die angewendete Reibungskraft verändern, indem auf die folgenden Merkmale eingewirkt wird:
- - Werkstoff, der für die Ausbildung des Rotors 7 verwendet wird;
- - Geometrie des Einschnitts zwischen dem starren Verbindungsstück 8 und dem kontrolliert verformbarem Teil 9;
- - Widerstandsfähiger Abschnitt des kontrolliert verformbaren Teils 9;
- - Geometrie der Gleitfläche 94a des Rotors 7 und der Gleitfläche 3a des Trägers 2.
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Die während der Pedalbetätigung mögliche Kraft-Weg-Kennlinie entspricht dem in 8 dargestellten Typ; die erzeugte mechanische Hysterese nimmt mit dem Fortschreiten der Winkelstrecke α der Betätigung des Pedalhebels 5 bis zum abschließenden Anschlag des Verschiebungsbegrenzers 95 zu.
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Mit Bezug auf 9 wird nun eine weitere Ausführungsform des Rotors des Fahrpedals dargestellt. Elementen, die jenen der obigen Ausführungsform entsprechen, wurden die selben Bezugszeichen zugeteilt.
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Der in 9 dargestellte Rotor 7 ist im Wesentlichen identisch mit dem aus den 2-5, mit Ausnahme der Tatsache, dass die Verformungsbegrenzer auf unterschiedliche Weise ausgebildet sind.
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In 9 umfassen die Verformungsbegrenzer zwei Paar Anbauten 95a', 95b', die sich quer von den gegenüberliegenden Seiten des freien Endes 91 des kontrolliert verformbaren Teils 9 des Rotors erstrecken. Diese Anbauten 95a', 95b' sind in entsprechenden Ösen 86a, 86b eingefügt, die in jedem Arm 84 des Verbindungsstücks 8 des Rotors ausgebildet sind. Wie ersichtlich ist, weist die der Drehachse B des Rotors nähere Öse 86a eine geringere Ausdehnung als die entferntere Öse 86b auf, um die unterschiedlichen Winkelausschläge der Anbauten 95a' und 95b' zu berücksichtigen.
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Natürlich können die Ausführungsformen und die Ausführungsdetails unbeschadet des Prinzips der Erfindung gegenüber den Beschreibungen und Darstellungen, die rein beispielhaft und nicht einschränkend erfolgt sind, weitgehend verändert werden, ohne dass der durch die beigefügten Ansprüche definierte Schutzumfang der Erfindung verlassen wird.
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Fahrpedal (1), umfassend einen Träger (2; 3, 4), auf dem ein um eine erste Drehachse (A) drehbarer Pedalhebel (5) gelagert ist, und einen Rotor (7), der auf dem Träger (2; 3, 4) angebracht und mit dem Pedalhebel (5) verbunden ist, wobei der Rotor um eine zweite Drehachse (B) gegen die Wirkung eines zwischen dem Rotor (7) und dem Träger (2; 3, 4) angeordneten elastischen Widerstandselements drehbar ist. Der Rotor (7) umfasst ein Verbindungsstück (8), das mit dem Pedalhebel (5) verbunden und um die zweite Drehachse (B) drehbar ist, und ein kontrolliert verformbares elastisches Teil (9), das sich in Bezug auf das Verbindungsstück (8) biegen kann. Das elastische Widerstandselement (11) ist zwischen dem kontrolliert verformbaren elastischen Teil (9) und dem Träger (2; 3, 4) angeordnet und belastet das kontrolliert verformbare elastische Teil (9) gegen eine Gleitfläche (3a) des Trägers (2; 3, 4) dergestalt, dass die Gleitfläche (3a) des Trägers (2; 3, 4) geeignet ist, eine bei Änderung der Winkelstellung (a) des Pedalhebels (5) veränderbare Reibungskraft gegen den Rotor auszuüben.
