DE102018212620A1

DE102018212620A1 - Steuereinheit für Pedalsystem und Pedalsystem

Info

Publication number: DE102018212620A1
Application number: DE102018212620.8A
Authority: DE
Inventors: Dirk Grobe; Carmelo Leone
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2019-05-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit (10) für ein Pedalsystem (12) in einem Fahrzeug (14), insbesondere für ein adaptives Pedalsystem, mit einem ersten Element (22) und einem zweiten Element (24), die in einer Betätigungsrichtung (R) und einer von der Betätigungsrichtung (R) abweichenden Stellrichtung (S) relativ zueinander bewegbar sind. Am ersten Element (22) oder am zweiten Element (24) ist zumindest eine Steuergeometrie (58, 58a, 58b, 58c) vorgesehen, und am zweiten Element (24) oder am ersten Element (22) ist eine Federanordnung (50) vorgesehen, wobei die Federanordnung (50) bei einer Bewegung des ersten Elements (22) und des zweiten Elements (24) relativ zueinander in Betätigungsrichtung (R) in Anlage mit der Steuergeometrie (58, 58a, 58b, 58c) gelangen und von dieser verdrängt und/oder gestaucht werden kann. Die Steuergeometrie (58, 58a, 58b, 58c) ist so ausgebildet, dass an jeder Position der Elemente (22, 24) relativ zueinander eine an dieser Position zwischen den Elementen (22, 24) durch die an der Steuergeometrie (58, 58a, 58b, 58c) anliegende Federanordnung (50) wirkende Rückhaltekraft, die einer Bewegung der Elemente (22, 24) entgegen der Betätigungsrichtung (R) entgegenwirkt, stets betragsmäßig kleiner ist als eine an dieser Position entgegen der Betätigungsrichtung (R) wirkende Rückstellkraft.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Pedalsystem (12) mit einem Pedalelement (16) und einer solchen Steuereinheit (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit für ein Pedalsystem in einem Fahrzeug, insbesondere für ein adaptives Pedalsystem, mit einem ersten Element und einem zweiten Element, die in einer Betätigungsrichtung und einer von der Betätigungsrichtung abweichenden, insbesondere quer zur Betätigungsrichtung verlaufenden Stellrichtung relativ zueinander bewegbar sind, wobei am ersten Element oder am zweiten Element zumindest eine Steuergeometrie vorgesehen ist und am zweiten Element oder am ersten Element eine Federanordnung vorgesehen ist, und wobei die Federanordnung bei einer Bewegung des ersten Elements und des zweiten Elements relativ zueinander in Betätigungsrichtung in Anlage mit der Steuergeometrie gelangen und von dieser verdrängt und/oder gestaucht werden kann.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Pedalsystem mit einem Pedalelement und einer solchen Steuereinheit.
Aus dem Stand der Technik sind Pedalsysteme für Fahrzeuge bekannt, die dem Fahrer beim Betätigen des Pedalelements eine haptische Rückmeldung geben können, beispielsweise über die Position eines Gaspedals oder über einen zu einer Pedalposition korrespondierenden Fahrzeugzustand wie der Geschwindigkeit oder einer definierten Antriebsleistung. Die haptische Rückmeldung kann beispielsweise in Form eines erhöhten Widerstandes ab einer definierten Pedalposition erfolgen oder in Form einer Kraft-Weg-Kennlinie, die eine Kraftspitze bei einer definierten Position aufweist.
Bei Fahrzeugen mit einer Automatikschaltung kennzeichnet die Kraftspitze beispielsweise eine Kickdown-Punkt, das heißt, bei Überschreiten der mit der Kraftspitze korrespondierenden Pedalposition erfolgt ein Herunterschalten in einen Gang mit geringerer Übersetzung. Bei Hybridfahrzeugen kann durch einen veränderten Pedalwiderstand ein Leistungsniveau gekennzeichnet werden, ab dem ein Zuschalten eines Verbrennungsmotors erfolgt. Alternativ kann der Pedalwiderstand bei Erreichen einer definierten Geschwindigkeit erhöht werden, um den Fahrer das Erreichen einer vorgegebenen Höchstgeschwindigkeit haptisch mitzuteilen.
Aus der DE 10 2004 002 113 B4 ist ein Kick-Down-Element bekannt, das zwei in einer Betätigungsrichtung relativ zueinander verschiebbare, hülsenartige Elemente aufweist. Die Elemente werden beim Betätigen des Pedals in Betätigungsrichtung ineinander geschoben. An einem ersten Element ist eine Kontaktfläche mit einem Vorsprung vorgesehen. Am zweiten Element ist ein Federelement vorgesehen, das beim Ineinanderschieben der Elemente mit dem Vorsprung in Anlage gelangt. Ein weiteres Verschieben der Elemente in Betätigungsrichtung ist nur möglich, wenn das Federelement durch den Vorsprung verdrängt wird. Durch das Verdrängen des Federelements steigt die benötigte Kraft, um die Elemente ineinander zu schieben, an, bis das Federelement den Vorsprung überwunden hat. Dieser Punkt ist für den Fahrer als Kraftspitze beim Betätigen des Gaspedals wahrnehmbar.
Um die Kraftspitze bezüglich des zurückgelegten Pedalweges zu verschieben, sind die Elemente relativ zueinander verdrehbar, wobei dies manuell oder durch einen Antrieb erfolgen kann. An der Kontaktfläche sind mehrere in Drehrichtung und in Betätigungsrichtung versetzt angeordnete Vorsprünge vorgesehen. Abhängig von der Position der Elemente relativ zueinander bezogen auf die Drehrichtung kommt das Federelement beim Verschieben der Elemente relativ zueinander mit einem der Vorsprünge in Anlage, wobei die Kraftspitze in Abhängigkeit von der Position der Vorsprünge an verschiedenen Punkten des Pedalweges vorgesehen ist.
Die Anforderung an die Art der haptischen Rückmeldung nehmen, insbesondere aufgrund der zunehmenden Anzahl von Fahrzeugfunktionen, beispielsweise in Verbindung mit Fahrerassistenzsystemen oder automatisiertem Fahren, stetig zu.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuereinheit und ein Pedalsystem mit einer solchen Steuereinheit bereitzustellen, die verbesserte und vielfältigere Möglichkeiten der haptischen Rückmeldung ermöglichen. Insbesondere soll die Art der Kraft-Weg-Kennlinie variabler einstellbar sein.
Zur Lösung der Aufgabe ist eine Steuereinheit für ein Pedalsystem in einem Fahrzeug vorgesehen, insbesondere für ein adaptives Pedalsystem, mit einem ersten Element und einem zweiten Element, die in einer Betätigungsrichtung und einer von der Betätigungsrichtung abweichenden, insbesondere quer zur Betätigungsrichtung verlaufenden Stellrichtung relativ zueinander bewegbar sind. Am ersten Element oder am zweiten Element ist zumindest eine Steuergeometrie vorgesehen und am zweiten Element oder am ersten Element ist eine Federanordnung vorgesehen. Die Federanordnung kann bei einer Bewegung des ersten Elements und des zweiten Elements relativ zueinander in Betätigungsrichtung in Anlage mit der Steuergeometrie gelangen und von dieser verdrängt und/oder gestaucht werden kann. Die Steuergeometrie ist so ausgebildet, dass an jeder Position der Elemente relativ zueinander eine an dieser Position zwischen den Elementen durch die an der Steuergeometrie anliegende Federanordnung wirkende Rückhaltekraft, die einer Bewegung der Elemente entgegen der Betätigungsrichtung entgegenwirkt, stets betragsmäßig kleiner ist als eine an dieser Position entgegen der Betätigungsrichtung wirkende Rückstellkraft, wobei insbesondere die Differenz aus den Beträgen der Rückstellkraft und der Rückhaltekraft größer als ein definierter Grenzwert ist.
Insbesondere kann eine Feder vorgesehen sein, die das erste und das zweite Element entgegen der Betätigungsrichtung Reaufschlagt.
Bei den bekannten als Vorsprung ausgebildeten Steuergeometrien muss der Vorsprung auch entgegen der Betätigungsrichtung überwunden werden, wodurch auch entgegen der Betätigungsrichtung eine Kraftspitze vorhanden ist, die überwunden werden muss. Nunmehr sind keine Abschnitte an der Steuergeometrie vorhanden, die bei einer Bewegung der Elemente entgegen der Betätigungsrichtung derart hemmen, dass eine weitere Bewegung entgegen der Betätigungsrichtung gebremst oder verhindert ist. Es ist sichergestellt, dass nach einem Betätigen des Pedals die Elemente der Steuereinheit stets zuverlässig entgegen der Betätigungsrichtung in eine Ausgangsposition zurück gelangen können. Vorzugsweise ist die Differenz aus der Rückstellkraft und der Rückhaltekraft größer als ein definierter Grenzwert ist, wobei dieser Grenzwert so gewählt ist, dass auch bei Veränderungen der Rückstellkräfte und/oder der Rückhaltekräfte, beispielswiese aufgrund von Verschleiß oder Verschmutzung, über die gesamte Lebensdauer der Steuereinheit stets sichergestellt ist, dass an jeder Position die Rückstellkräfte größer sind als die Rückhaltekräfte.
Vorzugsweise weist die Steuergeometrie zumindest einen bezüglich der Betätigungsrichtung erster Abschnitt aufweist, in dem sich in Betätigungsrichtung der Abstand zum jeweils anderen Element reduziert. Durch den sich reduzierenden Abstand gelangt die Federanordnung mit der Steuergeometrie in Anlage. Beim weiteren Verschieben wird die Federanordnung gestaucht, wodurch zwischen Federanordnung und Steuergeometrie Reibungskräfte sowie Abtriebskräfte wirken, die gemeinsam als Rückhaltekräfte entgegen der Betätigungsrichtung wirken. Dadurch steigen die zum Verschieben der Elemente, also zum Betätigen des Pedals erforderlichen Kräfte an. Dies ist für den Fahrer beim Betätigen des Pedals als Kraftanstieg wahrnehmbar. Bei einer Bewegung entgegen der Betätigungsrichtung wirken die Reibungskräfte ebenfalls hemmend, die Abtriebskräfte unterstützen eine Bewegung entgegen der Betätigungsrichtung. Die Rückhaltekräfte setzen sich also lediglich aus den Reibungskräften zusammen. Diese Rückhaltekräfte sind stets geringer als die Rückstellkräfte, das heißt, die Rückstellkräfte sind so gewählt, dass diese größer sind als die Reibungskräfte.
Die Steuergeometrie kann des Weiteren zumindest einen, insbesondere unmittelbar an einen ersten Abschnitt anschließenden, zweiten Abschnitt aufweisen, in dem in Betätigungsrichtung der Abstand zum jeweils andere Element konstant bleibt, wobei insbesondere der Abstand geringer ist als in Betätigungsrichtung vor dem ersten Abschnitt. In diesem Abschnitt wirken, da keine Neigung in oder entgegen der Betätigungsrichtung bzw. der Federrichtung der Federanordnung vorhanden sind, keine Abtriebskräfte. Die Rückhaltekräfte setzen sich also lediglich aus den Reibungskräften zusammen, so dass die Dimensionierung der Rückstellkraft für diesen Bereich einfach ist.
Die Steuergeometrie kann auch zumindest einen, insbesondere unmittelbar an einen ersten oder einen zweiten Abschnitt anschließenden, dritten Abschnitt aufweisen, in dem sich in Betätigungsrichtung der Abstand zum jeweils anderen Element vergrößert, wobei insbesondere ein Winkel, in dem der dritte Abschnitt zur Betätigungsrichtung geneigt ist, betragsmäßig kleiner ist als ein Winkel, in dem ein erster Abschnitt zur Betätigungsrichtung geneigt ist. In einem solchen Abschnitt sind bei einer Bewegung der Elemente entgegen der Betätigungsrichtung die Abtriebskräfte entgegen der Bewegung der Elemente gerichtet. In jedem Fall sind diese aber so gering, dass die Rückstellkraft größer ist als die sich aus den Abtriebskräften und den Reibungskräften zusammensetzende Rückhaltekraft. Durch die geringe Neigung werden die Abtriebskräfte sehr gering gehalten.
Optional können mehrere erste, zweite und/oder dritte Abschnitte vorgesehen sein, um eine komplexere Kraft-Weg-Kennlinie beim Betätigen des Pedals bereitzustellen. Beispielsweise kann an zwei in Betätigungsrichtung beabstandete Positionen jeweils ein erster Abschnitt vorhanden sein, durch den ein Anstieg des Kraftniveaus erfolgt. Zwischen den ersten Abschnitten kann ein zweiter Abschnitt vorgesehen sein, durch den der Abstand zwischen der Steuergeometrie und dem jeweils andere Element konstant gehalten wird. Alternativ oder ergänzend kann ein dritter Abschnitt vorgesehen sein, durch den zunächst eine Kraftspitze erzeigt wird. Optional können auch mehrere erste, zweite und/oder dritte Abschnitte jeweils unmittelbar aufeinander folgen, vorzugsweise mit unterschiedlichen Steigungen. Folgen beispielsweise mehrere erste Abschnitte mit jeweils zunehmender Steigung aufeinander, kann die Pedalkraft in mehreren Schritten beim Betätigen zunehmen, so dass mehrere, für den Fahrer haptisch wahrnehmbare Pedalpositionen mit einer Steuergeometrie wahrnehmbar sind.
Die Abschnitte können des Weiteren in Betätigungsrichtung eine ansteigende und/oder abfallende Krümmung aufweisen. Das heißt, die Abschnitte sind nicht geradlinig ausgebildet, sondern weisen innerhalb des Abschnitts bezüglich der Betätigungsrichtung eine sich verändernde Neigung auf, durch die die Charakteristik der Kraft-Weg-Kennlinie einstellbar ist. Beispielsweise kann durch eine zunehmende Steigung die zum Betätigen des Pedals erforderliche Kraft stetig ansteigen.
Vorzugsweise sind die Neigungen benachbarter Abschnitte zur Betätigungsrichtung in den Übergängen zwischen den benachbarten Abschnitten jeweils gleich groß, so dass die Flächen der Abschnitte ineinander übergehen. Dadurch erfolgt beim Betätigen des Pedals ein weicher Übergang zwischen den Abschnitten.
Ein insbesondere in Betätigungsrichtung hinterer Abschnitt einer Steuergeometrie kann auch einen Anschlag für die Federanordnung bildet, durch den ein starker Anstieg der Pedalkraft bereitgestellt wird. Vorzugsweise ist der Anschlag durch eine entsprechend hohe Pedalkraft überwindbar.
Die Federanordnung weist beispielsweise eine Führung auf, in der ein Anlageelement längsverschieblich gelagert ist, sowie ein Federelement, das das Anlageelement in Richtung der Führung beaufschlagt.
Die Federanordnung weist also eine mehrteilige Federanordnung auf, wobei ein Verschiebbares Anlageelement von einem Federelement in eine Position gedrängt wird, in der das Anlageelement bei einer Verschiebung der Elemente in Betätigungsrichtung mit der Steuergeometrie in Anlage gelangen kann. Dieser Aufbau hat mehrere Vorteile. Zunächst können das Federelement und das Anlageelement einfach separat hergestellt werden, also auch aus verschiedenen Materialien oder Materialkombinationen, die jeweils für die Funktion des Bauteils geeignete Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise kann das Anlageelement aus einem sehr harten, abriebfesten Material hergestellt werden, das Federelement aus einem flexiblen Material.
Zudem kann die Federhärte des Federelements sehr genau eingestellt und vor der Montage des Federelements separat geprüft werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Anlageelement stets mit der gleichen Federkraft beaufschlagt wird, die Kraft-Weg-Linie also stets gleich ist.
Durch die Wahl des Federelements ist zudem eine sehr einfache Anpassung an eine andere Kraft-Weg-Linie bzw. eine andere Kraftspitze möglich.
Des Weiteren kann mit einer solchen Federanordnung durch die Wahl des Anlageelement und der Führung der Federweg in einem sehr weiten Bereich eingestellt werden. Es sich somit größere Abstandsdifferenzen der Steuergeometrie zu jeweils andere Element möglich, so dass eine weiterer Stellbereich für die Kraft-Weg-Kennlinie zur Verfügung steht. Durch die Form der Führung und des Anlageelements kann dabei sichergestellt werden, dass das Anlageelement unabhängig davon, wie weit die Federanordnung bereits eingefedert ist, stets mit der gleichen Orientierung gegen die Steuergeometrie gedrängt wird.
Beispielsweise ist die Führung zumindest abschnittsweise geradlinig ausgebildet, um das Anlageelement geradlinig zu führen. Der Bereich der Federanordnung, in dem das Federelement angeordnet ist, kann auch eine andere Krümmung aufweisen, beispielsweise, um das Federelement platzsparend aufnehmen zu können.
Das Anlageelement ist beispielsweise eine Kugel, die bei geeigneter Lagerung auf der Steuergeometrie abrollen kann. Die Montage einer Kugel in der Führung ist sehr einfach, da nicht auf die Orientierung geachtet werden muss.
Um einen längeren Federweg bereitzustellen, kann das Anlageelement auch ein sich in Richtung der Führung erstreckender Bolzen sein. Dieser ist vorzugsweise geradlinig geführt, wobei der maximale Federweg von der Länge des Bolzens und der Länge der Führung abhängig ist. Insbesondere weist der Bolzen eine abgerundete Spitze auf, die an der Steuergeometrie entlang gleiten kann.
Das Federelement ist beispielsweise eine Schraubenfeder. Eine solche Schraubenfeder lässt sich platzsparend in der Führung anordnen. Zudem ist die Federhärte einer solchen Schraubenfeder einfach einzustellen.
In Stellrichtung sind vorzugsweise zumindest eine erste und eine zweite Position des ersten und des zweiten Elements relativ zueinander definiert, wobei in zumindest der ersten oder der zweiten Position eine Steuergeometrie so angeordnet ist, dass die Federanordnung bei einer Bewegung der Elemente in Betätigungsrichtung mit der Steuergeometrie in Anlage gelangen kann.
In einer Ausführungsform kann nur in der ersten oder der zweiten Position eine Steuergeometrie so angeordnet sein, dass die Federanordnung bei einer Bewegung der Elemente in Betätigungsrichtung mit der Steuergeometrie in Anlage gelangen kann. In der jeweils anderen Position ist keine Steuergeometrie vorgesehen, das heißt, es erfolgt keine Beeinflussung der Kraft-Weg-Kennlinie durch das Zusammenwirken einer Steuergeometrie und der Federanordnung. Beispielsweise ist nur in bestimmten Fahrzuständen eine veränderte Kraft-Weg-Kennlinie gewünscht, während im regulären Fahrzeugbetrieb keine Veränderung der Kraft-Weg-Kennlinie erfolgen soll. Die erste Position kann der unveränderten Kraft-Weg-kennlinie entsprechen, das heißt, ohne Krafteinwirkung befinden sich die Elemente federbeaufschlagt in der ersten Position. Die Steuereinheit benötigt in dieser Position weder ein Steuersignal noch ein Signal für einen Antrieb. Nur, wenn eine abweichende Kraft-Weg-Kennlinie benötigt wird, muss der Antrieb aktiviert werden, um die Elemente in die zweite Position zu bewegen.
In einer alternativen Ausführungsform können eine erste Steuergeometrie und eine zweite Steuergeometrie vorgesehen sein, wobei die erste Steuergeometrie so angeordnet ist, dass in der ersten Position die Federanordnung bei einer Bewegung der Elemente in Betätigungsrichtung mit der ersten Steuergeometrie in Anlage gelangen kann, und wobei die zweite Steuergeometrie so angeordnet ist, dass in der zweiten Position die Federanordnung bei einer Bewegung der Elemente in Betätigungsrichtung mit der zweiten Steuergeometrie in Anlage gelangen kann. In dieser Ausführungsform erfolgt also in jeder der zwei Positionen eine Beeinflussung der Kraft-Weg-Kennlinie, wobei die Beeinflussung jeweils durch die Form und die Position der Steuergeometrie variieren kann.
Beispielsweise können die erste Steuergeometrie und die zweite Steuergeometrie in Betätigungsrichtung und/oder senkrecht zur Betätigungsrichtung und zur Stellrichtung verschiedene Geometrien aufweisen. Durch eine in Betätigungsrichtung abweichende Position erfolgt der Kontakt zwischen der jeweiligen Steuergeometrie und der Federanordnung an bezüglich der Betätigungsrichtung unterschiedlichen Positionen des ersten und des zweiten Elemente, also zu unterschiedlichen Positionen des Pedalelements. Durch die Höhe der Steuergeometrie, also die Form senkrecht zur Betätigungsrichtung und zur Stellrichtung ist ein unterschiedlich starkes Einfedern der Federanordnung erforderlich. Es sind also höhere Kräfte in Betätigungsrichtung erforderlich, die sich in einer höheren Kraftspitze in der Kraft-Weg-Kennlinie bemerkbar machen. Durch die Neigung der Steuergeometrie kann des Weiteren das Ansteigen der Kraft-Weg-Kennlinie relativ zur Verschiebung in Betätigungsrichtung eingestellt werden.
Beispielsweise sind das erste Element und das zweite Element in Stellrichtung um eine Drehachse relativ zueinander verdrehbar, wobei insbesondere die Betätigungsrichtung in Richtung der Drehachse verläuft. Das erste Element und das zweite Element können jeweils durch einen Rotationskörper gebildet sein, wobei diese zumindest abschnittsweise ineinander ragen, wodurch eine einfache Lagerung in Betätigungsrichtung und Stellrichtung möglich ist. Die Steuergeometrien und die Federanordnung können jeweils in einem Spalt zwischen dem ersten und dem zweiten Element ausgebildet sein.
Beispielsweise ist ein Antrieb vorgesehen, um das erste und das zweite Element von der ersten Position in die zweite Position zu bewegen und/oder in die zweite Position zu drängen. Ist eine Federbaugruppe vorgesehen, die das erste und das zweite Element in der ersten Position beaufschlagt, ist nur ein Antrieb erforderlich, der in eine Richtung, nämlich in Stellrichtung von der ersten Position zur zweiten Position, wirkt.
Am ersten Element und/oder am zweiten Element können Anschläge vorgesehen, die die Bewegung in Stellrichtung begrenzen, und die eine erste Position und eine zweite Position des ersten und des zweiten Elements relativ zueinander definieren, wobei in zumindest der ersten oder der zweiten Position eine Steuergeometrie so angeordnet ist, dass die Federanordnung bei einer Bewegung der Elemente in Betätigungsrichtung mit der Steuergeometrie in Anlage gelangen kann.
Die Anschläge definieren jeweils eine Position des ersten und des zweiten Elements relativ zueinander. Das heißt, das erste und das zweite Element können in Stellrichtung solange gegeneinander bewegt werden, bis sich diese in einer der zwei Positionen relativ zueinander befinden, und entgegen der Stellrichtung bis sich die Elemente in der jeweils andere Position befinden. Durch die Anschläge sind die zwei Positionen eindeutig definiert, so dass keine Sensoren zur Erkennung der Positionen erforderlich sind.
Somit entfällt auch eine aufwändige Einrichtung und Kalibrierung der Sensoren. Die Steuereinheit weist also einen einfacheren und robusteren Aufbau auf, wobei die Positionen weiterhin durch die Anschläge eindeutig und mit hoher Genauigkeit definiert und ansteuerbar sind.
Vorzugsweise ist eine Federbaugruppe vorgesehen, die das erste und das zweite Element in der ersten Position beaufschlagt. Das heißt, ohne zusätzliche Krafteinwirkung befinden sich die Elemente somit stets in der ersten Position, die beispielsweise einer Basiseinstellung der Steuereinheit entspricht, in der eine erste Kraft-Weg-Kennlinie der Steuereinheit und somit des Pedalsystems eingestellt ist. Aus dieser Basiseinstellung können das erste und das zweite Element gegen die Federkraft in die zweite Position bewegt werden, in der eine zweite Kraft-Weg-Kennlinie eingestellt ist. Wirkt keine Kraft auf das erste und das zweite Element, werden diese durch die Federkraft der Federbaugruppe in die erste Position zurück gedrängt. Es ist also lediglich eine Krafteinwirkung in eine Richtung, nämlich in die Stellrichtung von der ersten Position in die zweite Position, erforderlich, beispielsweise ein Antrieb, der nur in einer Richtung wirkt. Von der zweiten Position gelangen die Elemente federbeaufschlagt zurück in die erste Position. Dadurch sind der Aufbau und die Auswahl des Antriebes deutlich vereinfacht.
Beispielsweise ist ein Antrieb vorgesehen, um das erste und das zweite Element von der ersten Position in die zweite Position zu bewegen und/oder in die zweite Position zu drängen. Ist eine Federbaugruppe vorgesehen, die das erste und das zweite Element in der ersten Position beaufschlagt, ist nur ein Antrieb erforderlich, der in eine Richtung, nämlich in Stellrichtung von der ersten Position zur zweiten Position, wirkt.
Der Antrieb kann einen Motor aufweisen, insbesondere einen Elektromotor, der mit dem ersten oder dem zweiten Element gekoppelt ist.
Der Elektromotor ist beispielsweise so ausgebildet, dass dieser in eingeschaltetem Zustand das erste und das zweite Elemente permanent in die zweite Position drängt.
Der Motor kann beispielsweise mit einer Kupplung mit dem ersten Element oder dem zweiten Element gekoppelt sein, wobei die Kupplung bei Überschreiten eines definierten Kraftniveaus, beispielsweise bei Erreichen der zweiten Position und einem weiteren Krafteinleitung in Stellrichtung, durchrutscht und dadurch einen Teil der eingeleiteten Kraft abbaut. Die verbleibende, auf die Elemente wirkende Kraft ist in jedem Fall ausreichend groß, um die Elemente in die zweite Position zu drängen und in dieser zu halten.
Alternativ kann der Motor auch so ausgelegt sein, dass die in der zweiten Position wirkende Kraft des Motors lediglich geringfügig größer ist als die Rückstellkraft durch die Federbaugruppe, so dass der Motor bei Erreichen des entsprechenden Anschlages nur mit geringer Kraft die Elemente gegen den Anschlag drängt, also eine Beschädigung des Motors oder der Anschläge bei Erreichen der zweiten Position durch eine zu hohe Leistungsabgabe verhindert wird.
Da der Antrieb die Elemente permanent ist die zweite Position drängt, bis der Antrieb ausgeschaltet oder von den Elementen angekoppelt wird, ist kein Endabschalter bzw. kein Sensor erforderlich, der das Erreichen der zweiten Position detektiert. Ist die zweite Position der Elemente erforderlich, wird lediglich der Antrieb für diesen Zeitraum aktiviert, und deaktiviert, wenn die Elemente in die erste Position zurück gelangen sollen.
Insbesondere kann der Antrieb über ein Zahnradgetriebe mit dem ersten oder dem zweiten Element gekoppelt.
Zur Lösung der Aufgabe ist des Weiteren ein Pedalsystem vorgesehen, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem Pedalelement und einer Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Das Pedalelement verschiebt bei einer Betätigung das erste und das zweite Element in Betätigungsrichtung relativ zueinander.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung. In diesen zeigen:

1 eine Längsschnittansicht durch eine erste Ausführungsform einer Steuereinheit für ein Pedalsystem;
2 eine perspektivische Ansicht der Steuereinheit aus 1;
3a ein Pedalsystem mit der Steuereinheit aus den 1 und 2 in einer ersten Pedalstellung;
3b ein Pedalsystem mit der Steuereinheit aus den 1 und 2 in einer zweiten Pedalstellung;
4a eine Querschnittansicht durch die Steuereinheit aus 1 in einer ersten Position;
4b eine Querschnittansicht durch die Steuereinheit aus 1 in einer zweiten Position;
5a eine Längsschnittansicht durch eine zur ersten Position korrespondierenden Steuergeometrie;
5b eine Längsschnittansicht durch eine zur zweiten Position korrespondierenden Steuergeometrie;
6a eine Querschnittansicht durch eine zweite Ausführungsform einer Steuereinheit in einer ersten Position;
6b eine Querschnittansicht durch die Steuereinheit aus 6a in einer zweiten Position;
7 eine Längsschnittansicht durch eine dritte Ausführungsform einer Steuereinheit;
8a bis 8f Längsschnittansichten von Ausführungsformen der Steuergeometrien; und
9a und 9c Draufsichten auf Ausführungsformen der Steuergeometrien.

In den 1 und 2 ist eine Steuereinheit 10 für ein in den 3 und 4 gezeigten Pedalsystem 12 für ein Fahrzeug 14 gezeigt. Das Pedalsystem 12 hat ein Pedalelement 16, das um einen Schwenkpunkt 18 in einer Pedalrichtung P schwenkbar im Fahrzeug 14 gelagert ist. Das Pedalelement 18 hat ein Anlageelement 20, das auf eine nachfolgend beschriebene Weise mit der Steuereinheit 10 in Anlage gelangen und diese betätigen kann.
Die Steuereinheit 10 weist ein erstes Element 22 und ein zweites Element 24 auf, wobei die Elemente 22, 24 in einer Betätigungsrichtung R relativ zueinander verschiebbar sind. Das erste Element 22 ist fahrzeugfest gehalten, das zweite Element 24 ist so angeordnet, dass das Anlageelement 20 des Pedalelements 16 bei einer Betätigung des Pedalelements 16 in Pedalrichtung P mit dem zweiten Element 24 in Anlage gelangen und dieses in Betätigungsrichtung R relativ zum ersten Element 22 verschieben kann. Die Steuereinheit 10 stellt beim gegenseitigen Verschieben der Elemente 22, 24 einen sich verändernden Widerstand bereit, so dass sich die Pedalkraft, um das Pedalelement 16 weiter in Pedalrichtung P zu bewegen, in Abhängigkeit von der Pedalposition ändert. Dadurch kann dem Fahrer über das Pedalsystem 12 eine haptische Rückmeldung, beispielsweise über definierte Fahrzustände, gegeben werden.
Beispielsweise ist das Pedalelement 16 ein Gaspedal und bei Erreichen einer definierten Geschwindigkeit oder Leistungsabgabe soll der Pedalwiderstand ansteigen, um den Fahrer eine Rückmeldung über das Erreichen dieses Fahrzustandes zu geben.
Das Pedalsystem 12 kann grundsätzlich auch einen abweichenden Aufbau aufweisen und beispielsweise ein hängendes Pedalelement 16 aufweisen. In einer solchen Ausführungsform kann die Steuereinheit auch hängen ausgebildet sein, also mit einem nach unten ragenden zweiten Element 24.
Wie in den 1 und 2 zu sehen ist, weist die Steuereinheit 10 ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 26 auf. Das erste Element 22 ist zylindrisch oder teilzylindrisch ausgebildet und weist eine sich in Betätigungsrichtung R und um eine Drehachse D erstreckende Wandung 28 auf. Das erste Element 20 ist in Stellrichtung S um die Drehachse D drehbar im Gehäuse 26 gelagert.
Das zweite Element 24 weist einen rotationssymmetrischer Stempel 30 auf, dessen Mittelachse mit der Drehachse D fluchtet und der in einer Lagerung 32 im Gehäuse 26 in Betätigungsrichtung R verschiebbar aufgenommen ist.
Zwischen den ersten Element 22 und dem zweiten Element 24 ist eine Druckfeder 34 vorgesehen, die das erste Element 22 und das zweite Element 24 entgegen der Betätigungsrichtung R auseinander drängt, also das zweite Element 24 in Betätigungsrichtung aus dem ersten Element 22 und aus dem Gehäuse 26 heraus drängt. Das zweite Element 24 weist am in Betätigungsrichtung R vorderen Ende eine Anlagefläche 36 für das Anlageelement 20 des Pedalelements 16 auf.
Am ersten Element 22 ist des Weiteren eine Zahnscheibe 38 vorgesehen, die mit einem Antrieb 40 gekoppelt ist. Der Antrieb 40 ist hier ein Elektromotor, der mit einem Schneckenantrieb 42 gekoppelt ist, der in die Zahnscheibe 38 eingreift. Statt des Schneckenantriebs wird vorzugsweise eine Stirnradverzahnung verwendet, die eine geringe Selbsthemmung aufweist. Der Antrieb 40 kann das erste Element 22 in einer Stellrichtung S (siehe auch 4a und 4b) relativ zum zweiten Element 24, also zum Gehäuse 26 und zum Fahrzeug 14, bewegen, also um die Drehachse D drehen.
Wie in den 4a und 4b zu sehen ist, sind am ersten Element 22 und am zweiten Element 24 zusammenwirkende Anschläge 44a, 46a bzw. 44b, 46b vorgesehen, die den Drehbereich des ersten Elements 22 relativ zum zweiten Element 24 in Stellrichtung S begrenzen. Die zusammenwirkenden Anschläge 44a, 46a definieren eine erste Position A (4a), die zusammenwirkenden Anschläge 44b, 46b definieren eine zweite Position B (4b).
Zwischen dem ersten Element 22 und dem zweiten Element 24 ist des Weiteren eine Federbaugruppe 48 vorgesehen, die das erste Element 22 entgegen der Stellrichtung S beaufschlagt, also in die erste Position A drängt. Die Federbaugruppe 48 weist in der gezeigten Ausführungsform eine Spiralfeder auf. Die Federbaugruppe 48 kann aber beliebig ausgebildet sein, solange diese das erste Element 22 und das zweite Element 24 in die erste Position A beaufschlagt.
Der Antrieb 40 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass dieser nur in Stellrichtung S wirkt, also in aktiviertem Zustand das erste Element 22 in die zweite Position B drängen kann. Sobald der Antrieb 40 deaktiviert wird, wird das erste Element 22 durch die Federbaugruppe 48 in die erste Position A bewegt.
Am zweiten Element 24 ist des Weiteren eine Federanordnung 50 vorgesehen, die eine senkrecht zur Betätigungsrichtung R abgeordnete Führung 52 aufweist, in der ein Anlageelement 54 längsverschieblich gelagert ist. Das Anlageelement 54 ist in dieser Ausführungsform eine Kugel, kann aber auch ein Stift oder ein Bolzen sein. In der Führung ist ein Federelement 56 vorgesehen, das das Anlageelement 54 bezüglich der Drehachse D radial nach außen aus der Führung 52 drängt.
An der radialen Innenseite des ersten Elements 22 sind eine erste Steuergeometrie 58a und eine zweite Steuergeometrie 58b angeordnet, die in den 5a und 5b in einem Längsschnitt gezeigt sind. Die Steuergeometrien 58a, 58b weisen jeweils einen ersten Abschnitt 60a, 60b auf, in dem der Abstand zum zweiten Element 24 in Betätigungsrichtung R abnimmt, sowie jeweils einen in Betätigungsrichtung R unmittelbar an die ersten Abschnitte 60a, 60b anschließenden zweiten Abschnitt 62a, 62b, in dem der Abstand zum zweiten Element 24 konstant bleibt. An die zweiten Abschnitte 62a, 62b schließen sich jeweils dritte Abschnitt 64a, 64b, in dem der Abstand zum zweiten Element 24 zunimmt. Die Abschnitte 60a, 60b, 62a, 62b, 64a, 64b sind jeweils eben ausgebildet wobei die Abschnitte 60a, 60b, 64a, 64b jeweils eine Neigung zur Betätigungsrichtung R aufweisen, wobei die Neigung der ersten Abschnitte 60a, 60b wesentlich größer ist als die Neigung der Abschnitte 64a, 64b.
Wie in den 5a und 5b zu sehen ist, sind die Steuergeometrien 58a, 58b in Betätigungsrichtung R versetzt angeordnet, wobei die zweite Steuergeometrie 58b in Betätigungsrichtung R hinter der ersten Steuergeometrie 58a angeordnet ist.
Die erste Steuergeometrie 58a ist so angeordnet, dass die Federanordnung 50 mit der ersten Steuergeometrie 58a in Anlage gelangen kann, wenn sich das erste Element 22 und das zweite Element 24 in der ersten Position A befinden, also die Anschläge 44a und 46a in Anlage miteinander sind (4a).
Die zweite Steuergeometrie 58b ist so angeordnet, dass die Federanordnung 50 mit der zweiten Steuergeometrie 58b in Anlage gelangen kann, wenn sich das erste Element 22 und das zweite Element 24 in der zweiten Position B befinden, also die Anschläge 44b und 46b in Anlage miteinander sind (4b).
In einer Grundstellung befinden sich das erste Element 22 und das zweite Element 24, federbeaufschlagt durch die Federbaugruppe 48, in der ersten Position A und das zweite Element 24 ragt federbeaufschlagt durch die Druckfeder 34 aus dem Gehäuse 26.
Wird das Pedalelement 16 betätigt, gelangen das Anlageelement 20 und die Anlagefläche 36 in Anlage und das zweite Element 24 wird gegen die Federkraft der Druckfeder 34 in Betätigungsrichtung R verschoben. Bei Betätigen des Pedalelements 16 in Pedalrichtung P erfolgt zunächst ein konstanter Anstieg der Pedalkraft durch die entgegen der Betätigungsrichtung R, also entgegen der Pedalrichtung P wirkende Druckfeder 34.
Das Anlageelement 54 der Federanordnung 50 gelangt im Folgenden mit der ersten Steuergeometrie 58a bzw. mit dem ersten Abschnitt 60a in Anlage und wird bei einer weiteren Bewegung des zweiten Elements 24 in Betätigungsrichtung R entgegen der Federkraft des Federelement 56 in die Führung 52 gedrängt. Ein weiteres Eintauchen des zweiten Elements 24, also ein weiteres Betätigen des Pedalelements 16, ist also nur gegen die Federkraft der Federanordnung 50 möglich, wobei die Federkraft mit zunehmender Eintauchtiefe des Anlageelements 54 in die Führung 52 aufgrund des stärker gestauchten Federelement 56 zunimmt, so dass auch die zum Betätigen des Pedals erforderliche Kraft zunimmt. Die Erhöhung der Pedalkraft ist so gewählt, dass diese für den Fahrer deutlich wahrnehmbar ist.
Die Pedalkraft steigt so lange an, bis das Anlageelement 54 am Abschnitt 62. Im Abschnitt 62 erfolgt ein Anstieg der Pedalkraft im Wesentlichen nur durch die Druckfeder 34 die weiter komprimiert wird. Im Abschnitt 64a wird das Federelement mit zunehmender Eintauchtiefe des zweiten Elements 24 in Betätigungsrichtung R aufgrund des zunehmenden Abstands des Abschnitts 64 zum zweiten Element 24 entlastet, so dass die Pedalkraft abnimmt oder geringer ansteigt.
Wird das Pedal entlastet, kehrt dieses in die Ausgangsposition zurück (3a) . Die Druckfeder 34 beaufschlagt das zweite Element 24 mit einer entgegen der Betätigungsrichtung R wirkenden Rückstellkraft, die das zweite Element 24 aus dem Gehäuse 26 heraus in die Grundstellung drückt. Hierbei muss, solange die Federanordnung 50 am Abschnitt 64a anliegt, das Anlageelement 54 in die Führung 52 gedrängt, also das Federelement 56 komprimiert werden, so dass in diesem Bereich eine zusätzliche Kraft überwunden werden muss. Diese Kraft sowie die zwischen dem Anlageelement und der Steuergeometrie wirkenden Reibungskräfte werden im Folgenden als Rückhaltekräfte bezeichnet, die eine Bewegung des zweiten Elements 24 entgegen der Betätigungsrichtung hemmen.
Um ein zuverlässiges Ausfedern des zweiten Elements 24 sicherzustellen, ist der Abschnitt 64a so flach ausgebildet, dass durch die Federanordnung nur insgesamt nur eine geringe Rückhaltekraft bereitgestellt wird. Des Weiteren ist die Druckfeder 34 so dimensioniert, dass diese an jeder Position des zweiten Elements 24 relativ zum ersten Element 22 in Betätigungsrichtung R eine Rückstellkraft bereitstellt, die stets größer ist als die in dieser Position wirkende Rückhaltekraft.
Da eine größere Federkraft der Druckfeder 34 insgesamt eine höhere Kraft zum Betätigen der Steuereinheit 10, also des Pedalelements 16, zur Folge hätte, kann die Federkraft der Druckfeder 34 nicht beliebig erhöht werden. Die Einstellung des Verhältnisses zwischen Rückhaltekraft und Rückstellkraft erfolgt daher über die Geometrie der Steuergeometrie 58a. Diese ist so ausgebildet, dass in Betätigungsrichtung R der gewünschte Kraftanstieg beim Bewegen des zweiten Elements 24 in Betätigungsrichtung R erfolgt, also die gewünschte Kraft-Weg-Kennlinie des Pedalsystems 12 bereitgestellt wird, entgegen der Betätigungsrichtung R aber eine möglichst geringe Rückhaltekraft wirkt.
Die zweite Steuergeometrie 58b ist in Betätigungsrichtung R versetzt angeordnet, so dass die Federanordnung 50 erst bei einem weiteren Eintauchen des zweiten Element 24 in das erste Element 22 mit der zweiten Steuergeometrie 58b in Anlage gelangt. Der Pedalweg bis zum Anstieg der Pedalkraft ist also weiter, so dass erst eine haptische Rückmeldung erfolgt, wenn das Pedal einen weiteren Pedalweg zurückgelegt hat.
Ist dies erwünscht, wird der Antrieb 40 bestromt, so dass der Antrieb 40 das erste Element 22 in Stellrichtung S bewegt, bis die Anschläge 44b, 446b aneinander anliegen, also sich das erste Element 22 in der zweiten Position B befindet, in der die Federanordnung 50 bei einer Bewegung des zweiten Elements 24 in Betätigungsrichtung R mit der zweiten Steuergeometrie 58b in Anlage gelangen kann.
Der Antrieb 40 drängt das erste Element 22 vorzugsweise permanent in die zweite Position, wobei der Antrieb 40 entweder so ausgelegt ist, dass dieser durch die permanente Last nicht überlastet oder beispielsweise eine Rutschkupplung vorgesehen ist, die beim Anliegen der Anschläge 44b, 46 eingreift und die auf das erste Element 22 wirkende Kraft beschränkt, so dass das erste Element 22 in die zweite Position gedrängt wird, aber eine Überlastung oder Beschädigung des Antriebs 40 oder der Anschläge 44b, 46b verhindert wird.
Ist anschließend die zur ersten Position A korrespondierende Kraft-Weg-Kennlinie der ersten Steuergeometrie 58a gewünscht, wird der Antrieb 40 deaktiviert, so dass das erste Element 22 federbeaufschlagt in die erste Position A zurück gelangt.
Mit den zwei Positionen A, B sind somit zwei unterschiedliche Kraft-Weg-Kennlinien für das Pedalsystem 12 einstellbar. Diese können sich nicht nur bezüglich der Position des Kraftanstiegs unterscheiden. Durch die Neigung der Abschnitte 60a, 60b, 64a, 64b und deren Abstand zum zweiten Element 24 können beispielsweise auch der Anstieg sowie die maximal benötigte Pedalkraft beeinflusst werden.
Durch das Zusammenwirken der Anschläge 44a, 44b, 46a, 46b, der Federbaugruppe 48 sowie des Antriebs könne also zwei unterschiedliche Kraft-Weg-Kennlinien des Pedalsystems 12 bereitgestellt werden, wobei zum Verstellen des ersten Element 22 und des zweiten Elements 24 in Stellrichtung S keine aufwändige Mechanik oder Steuerung erforderlich ist. Insbesondere sind keine Sensoren zur genauen Erfassung der Position des ersten und des zweiten Element 22, 24 erforderlich, die aufwändig kalibriert werden müssen, um sicherzustellen, dass sich das erste Element 22 in der ersten Position A oder der zweiten Position B befindet. Die Steuereinheit 10 weist insgesamt einen einfacheren und robusteren Aufbau auf.
In den 6a und 6b ist eine weitere Ausführungsform einer Steuereinheit 10 gezeigt. Der grundsätzliche Aufbau entspricht dem Aufbau der in den 1, 2 sowie 4a und 4b beschriebenen Steuereinheit 10. Zusätzlich sind zwischen der ersten Position A und der zweiten Position B zwei Zwischenpositionen C definiert, denen jeweils eine dritte Steuergeometrie 58c zugeordnet ist. Die Zwischenpositionen C sind jeweils durch eine Rastanordnung 66 definiert, die durch jeweils eine Rastvertiefung 68 am ersten Element 22 sowie eine gemeinsame Rastfederanordnung 70 am zweiten Element 24 gebildet ist.
Die Rastvertiefungen 68 weisen jeweils eine in Stellrichtung S erste Flanke 72 sowie eine in Stellrichtung S zweite Flanke 74 auf, wobei die Neigung der ersten Flanken 72 deutlich geringer ist als die Neigung der zweiten Flanken 74.
Die Rastfederanordnung 68 hat ein Rastelement 76, hier eine Kugel, die federbeaufschlagt in die Rastvertiefung 68 eintauchen kann.
Aufgrund der geringeren Neigung der ersten Flanken 72 ist die Kraft, die zum Lösen der Rastverbindung entgegen der Stellrichtung S erforderlich ist, geringer als die Kraft, die zum Überwinden der steileren zweiten Flanken 74 erforderlich ist. Die Haltekraft der Rastanordnung 66 entgegen der Stellrichtung S ist somit deutlich geringer als die Haltekraft in Stellrichtung S.
Des Weiteren ist die Neigung der ersten Flanken 72 so dimensioniert, dass die Haltekraft entgegen der Stellrichtung S geringer ist also die Rückstellkraft der Federbaugruppe 48 in der jeweiligen Zwischenposition C, die das erste Element 24 in die erste Position beaufschlagt. Ist der Antrieb deaktiviert, kann das erste Element 22 also auch federbeaufschlagt aus den Zwischenpositionen C in die erste Position A bewegt bzw. aus der zweiten Position B über die Zwischenpositionen C in die erste Position A bewegt werden.
Die Neigung der zweiten Flanken 74 ist so gewählt, dass ein erstes Kraftniveau der Stellkraft, das vom Antrieb 40 bereitgestellt wird, nicht ausreichend hoch ist, um die Rastanordnungen 66 in Stellrichtung S zu lösen, also das erste Element 22 aus einer Zwischenposition C heraus über eine Zwischenposition C hinweg zu bewegen.
Der Antrieb 40 kann in dieser Ausführungsform ein zweites, höheres Kraftniveau bzw. eine maximale Stellkraft bereitstellen, die ausreichend groß ist, um die Rastanordnungen 66 in Stellrichtung S zu lösen, also das erste Element 22 aus einer Zwischenposition C heraus über eine Zwischenposition C hinweg zu bewegen, die also größer ist als die Haltekraft in Stellrichtung S.
Soll das erste Element 22 aus der ersten Position A in die in Stellrichtung S erste der Zwischenpositionen C bewegt werden, wird der Antrieb 40 mit der Stellkraft auf dem ersten Kraftniveau angetrieben, bis die Zwischenposition C erreicht ist, also die Rastfederanordnung 68 in die Rastvertiefung 70 eintaucht. Da durch die Rastanordnung diese Position eindeutig definiert ist, sind keine Sensoren zur genauen Erfassung der Position C des ersten Elements 22 erforderlich. Optional kann aber ein Sensor vorgesehen sein, der das Erreichen der jeweiligen Position detektiert, wobei dieser Sensor nicht zum Ausrichten des ersten Elements 22 erforderlich ist.
In dieser Zwischenposition C wird der Antrieb 40 weiter bestromt, um auf die vorstehend beschriebene Weise das erste Element in dieser Zwischenposition zu halten. Da durch die Rastanordnung 66 eine Haltekraft entgegne der Stellrichtung S bereitgestellt ist, kann aber auch der Antrieb, beispielsweise um diese Haltekraft, reduziert werden, wobei weiterhin das erste Element 24 durch den Antrieb 40 in die Zwischenposition C gedrängt wird. Wird der Antrieb 40 deaktiviert, wird das erste Element 22 federbeaufschlagt in die erste Position A zurück bewegt.
Ist ein weiteres Bewegen des ersten Elements in eine weitere Zwischenposition C oder in die zweite Position B erwünscht, wird der Antrieb 40 mit der maximalen Stellkraft betrieben, um die Haltekraft in Stellrichtung S zu überwinden.
Soll mehr als eine Zwischenposition C überwunden werden, kann die maximale Stellkraft entsprechend lang aktiviert werden, wobei durch Sensoren an den Zwischenpositionen C detektiert werden kann dass die jeweilige Zwischenposition C in Stellrichtung S überwunden ist. Ist die letzte Zwischenposition C in Stellrichtung S überwunden, kann die Stellkraft reduziert werden, um zu verhindern, dass das erste Element 22 mit der maximalen Stellkraft in die zweite Position B gedrängt wird.
Alternativ kann eine Steuerung des Antriebs 40 einen Lastanstieg des Antriebs 40 erfassen, der entsteht, wenn die Stellkraft nicht ausreicht, um eine Zwischenposition C in Stellrichtung S zu überwinden. Ist ein weiteres Bewegen des ersten Elements 22 in Stellrichtung S erwünscht, wird dann kurzzeitig, beispielsweise für einen definierten Zeitraum, der zum Überwinden der zweiten Flanke 74 erforderlich ist, die maximale Stellkraft aktiviert. Unabhängig von der Position kann das erste Element nach Deaktivieren des Antriebs 40 federbeaufschlagt in die erste Position zurück gelangen, da die Haltekräfte entgegen der Stellrichtung S an jeder Position des ersten Elements 22 relativ zum zweiten Element 24 stets geringer sind als die Rückstellkräfte der Federbaugruppe 48.
Die Anzahl der Zwischenpositionen C kann hierbei beliebig variieren, solange eine entsprechende Rastanordnung 66 für jede Position angeordnet werden kann.
In 7 ist eine alternative Ausführungsform der Rastanordnungen 66 gezeigt. In den 6a und 6b wirken die Rastanordnungen bezüglich der Drehachse D radial. In 7 wirken die Rastanordnungen 66 in Betätigungsrichtung R, also in Richtung der Drehachse D.
In den 8a bis 8d sind verschiedene Geometrien für Steuergeometrien 58 dargestellt. Diese können grundsätzlich jeder der Steuergeometrien 58a, 58b, 58c entsprechen. Auch eine Kombination dieser Steuergeometrien 58 oder einzelner Abschnitte 60, 62, 64 der Steuergeometrien 58 ist möglich. Grundsätzlich können sich die Formen der Steuergeometrien 58 beliebig unterscheiden, in Abhängigkeit von der in der jeweiligen Position erzielbaren Kraft-Weg-Kennlinie des Pedalsystems 12.
Die Steuergeometrien 58a, 58b, 58c können dabei in Stellrichtung gestuft ausgebildet sein bzw. vollständig unabhängig voneinander sein (9a).
Vorzugsweise gehen aber in Stellrichtung S benachbarte Steuergeometrien 58a, 58b, 58c jeweils ineinander über, so dass auch während einer beliebigen Pedalposition, also einer beliebigen Stellung des zweiten Elements 24 in Betätigungsrichtung R ein Wechsel zwischen den Positionen möglich ist.
Beispielsweise können Erhebungen, Steigungen oder Abschnitte auf der radialen Innenseite 52 des ersten Elements 22 auch in Stellrichtung S über mehrere Steuergeometrien 58a, 58b, 58c durchgehend ausgebildet sein, wobei beispielsweise die Position in Betätigungsrichtung R, die Höhe oder die Neigung im Bereich der einzelnen Steuergeometrien 58a, 58b, 58c variieren kann (9b).
Die in 8a dargestellte 8a dargestellte Steuergeometrie 58 hat einen ersten Abschnitt 60, in dem der Abstand zum zweiten Element 24 in Betätigungsrichtung R konstant geringer wird. Der erste Abschnitt 60 bildet hierbei eine ebene Fläche, die zur Betätigungsrichtung R geneigt ist. An den ersten Abschnitt 60 schließt unmittelbar ein zweiter Abschnitt 62 an, der in Betätigungsrichtung R einen gleichbleibenden Abstand zum zweiten Element 24 aufweist, also parallel zur Betätigungsrichtung R verläuft. In diesem Bereich erfolgt ein Anstieg der Pedalkraft lediglich durch die Druckfeder 34, die weiter gestaucht wird. Die Pedalkraft wird aber durch die Steuergeometrie nicht oder nur geringfügig durch die Reibungskräfte zwischen Federanordnung 50 und Steuergeometrie 58 beeinflusst.
In 8b schließt an den ersten Abschnitt 60 unmittelbar ein dritter Abschnitt 64 an, in dem der Abstand zum zweiten Element 24 in Betätigungsrichtung R zunimmt. Wie bereits erläutert, ist die Neigung des dritten Abschnitts zur Betätigungsrichtung R betragsmäßig deutlich kleiner als die Neigung des ersten Abschnitts 60, um die Rückhaltekräfte möglichst gering zu halten, insbesondere geringer als die Rückstellkräfte.
In 8c sind mehrere unmittelbar aneinander angrenzende erste Abschnitte 60 vorgesehen, wobei die Abschnitte unterschiedliche Neigungen und Krümmungen aufweisen. Ein erster Abschnitt weist eine konstante Neigung auf. Es erfolgt also zunächst ein langsamer Anstieg der Kraft-Weg-Kennlinie. An diesen Abschnitt 60 schließt ein weiterer erster Abschnitt 60 mit einer konvexen Krümmung an, in dem die Neigung zur Betätigungsrichtung R stark zunimmt. Dieser Abschnitt 60 hat einen starken Anstieg der Kraft-Weg-Kennlinie zur Folge. Ein weiterer erster Abschnitt 60 weist eine konkave Krümmung auf, durch die die Neigung abflacht und in den anschließenden zweiten Abschnitt 62 mit konstantem Abstand zum zweiten Element 24 übergeht. In diesem Abschnitt 60 erfolgt eine Angleichung der Kraft-Weg-Kennlinie an die Kraft-Weg-Kennlinie des zweiten Abschnitts 62.
Wie in 8c gezeigt ist, sind die Neigungen unmittelbar benachbarter Abschnitte 60, 62, 64 vorzugsweise im Übergangsbereich gleich, so dass ein fließender Übergang der Abschnitte 60, 62, 64 gebildet ist, durch die Federanordnung 50 über die Übergangsbereiche gleiten kann.
In 8d ist ein erster Abschnitt 60 mit einer sehr starken Krümmung gezeigt, durch die in Betätigungsrichtung R in einem kurzen Abschnitt eine große Reduzierung des Abstandes zum zweiten Element 24 erfolgt. An den ersten Abschnitt 60 schließt ein zweiter Abschnitt 62 mit konstantem Abstand zum zweiten Element 24 an.
Der starke Anstieg des ersten Abschnitts 60 hat einen sehr starken Anstieg der Pedalkraft zur Folge. Dies kann auf verschiedene Weise genutzt werden. Zum einen kann durch den ersten Abschnitt 60 eine Ruheposition für den Fuß des Fahrers definiert sein. Die zu überwindende Pedalkraft ist so groß, dass eine versehentliche Betätigung des Pedalsystems 12 durch den auf dem Pedalelement 16 ruhenden Fuß des Fahrers verhindert ist. Ist trotzdem eine Betätigung des Pedalsystems 12 gewünscht kann die Ruheposition dennoch durch eine ausreichend hohe Pedalkraft überwunden werden. Der erste Abschnitt 60 bildet also einen Anschlag, der aber durch ausreichend hohe Pedalkraft überwunden werden kann.
Ein solcher Anschlag kann auch verwendet werden, um durch die Steuereinheit entgegen der Pedalrichtung P eine Rückstellkraft auf das zweite Element 24 und somit auf das Pedalelement 16 auszuüben. Der durch den starken Anstieg gebildete Anschlag erstreckt sich beispielsweise über mehrere benachbarte Steuergeometrien 58a, 58b, 58c, wobei die Position in Betätigungsrichtung in Stellrichtung abnimmt.
Soll eine Rückstellkraft auf das Pedalelement 16 ausgeübt werden, wird das erste Element 22 so weit in Stellrichtung S bewegt, bis die Federanordnung 50 am Anschlag anliegt. Wird das erste Element 22 weiter in Stellrichtung S gedreht, wird bei gleichbleibender Position des Pedalelements die Federanordnung durch den bezüglich der Betätigungsrichtung R immer tiefer verlaufenden Anschlag komprimiert bzw. eine höhere Pedalkraft erzeugt, die das Pedalelement 16 entgegen der Pedalrichtung P drängen oder den Fahrer aufgrund der zunehmenden Pedalkraft dazu veranlassen kann, das Pedalelement 16 zu entlasten.
In 8e schließt sich an einen ersten Abschnitt 60 ein dritter Abschnitt 64 an, in dem der Abstand zum zweiten Element 24 in Betätigungsrichtung R zunimmt. An diesen dritten Abschnitt schließt sich in Betätigungsrichtung R ein zweiter Abschnitt 62 mit konstantem Abstand zum zweiten Element 24, sowie ein weiterer erster Abschnitt 60 mit abnehmendem Abstand zum zweiten Element 24 an. Vor den ersten Abschnitten 60 bzw. nach den dritten Abschnitten 64 sind jeweils Abschnitte 62 mit konstantem Abstand zum zweiten Element 24 vorgesehen.
Ziel dieser Geometrie ist, mit dem in Betätigungsrichtung R hinteren ersten Abschnitt 60 sowie dem in Betätigungsrichtung nachfolgenden dritten Abschnitt 64 eine fühlbare Anhebung und nachfolgende Absenkung der Pedalkraft bereitzustellen, wobei bei einer weiteren Betätigung des Pedals 16 im zweiten Abschnitt 62 zunächst eine konstante Pedalkraft erforderlich ist, bevor diese im nachfolgenden ersten Abschnitt 60 weiter ansteigt.
Die kurze Kraftspitze zwischen dem ersten Abschnitt 60 und dem dritten Abschnitt 64 kann beispielsweise genutzt werden, um dem Fahrer das Erreichen einer definierten Pedalposition zu signalisieren, wobei keine signifikante Veränderung der Pedalkraft erfolgen soll.
In 8f sind zwei Kombinationen aus einem ersten Abschnitt 60 und einem zweiten Abschnitt 64 vorgesehen, die in Betätigungsrichtung R beanstandet voneinander sind. Zwischen diesen Kombinationen ist ein weiterer erster Abschnitt 60 vorgesehen, wobei die Steigung dieses ersten Abschnitts 60 deutlich geringer ist als die der beiden anderen Abschnitt der 60. Vor bzw. nach den Kombinationen sind jeweils erste Abschnitte 60 mit abnehmendem Abstand zum zweiten Element 24 vorgesehen.
Durch die Kombinationen mit jeweils einem ersten Abschnitt 60 und einem dritten Abschnitt 64 werden jeweils kurzzeitige Kraftspitzen bereitgestellt, die dem Fahrer das Erreichen einer definierten Pedalposition signalisieren. Zwischen den Kombinationen erfolgt ein langsamer Anstieg der Pedalkraft durch den ebenfalls leicht ansteigenden, zwischen den Kombinationen liegenden ersten Abschnitt 60.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist jeder Position A, B, C jeweils eine Steuergeometrie 58a, 58b, 58c zugeordnet.
Die Steuergeometrien könne hierbei beliebig ausgebildet sein, solange die Rückhaltekräfte stets geringer sind als die Rückstellkräfte durch die Druckfeder 34.
Es ist aber auch möglich, dass einer Position keine Steuergeometrie zugeordnet ist, in dieser Position also keine er Kraft-Weg-Kennlinie durch eine mit der Federanordnung 50 zusammenwirkende Steuergeometrie erfolgt.
Alternativ können einer Position A, B, C mehrere in Betätigungsrichtung R hintereinanderliegende Steuergeometrien 58 oder Abschnitte 60, 62, 64 zugeordnet sein. Die Länge und die Geometrie einzelner Abschnitte 60, 60a, 60b, 60c, 62, 62a, 62b, 62c, 64, 64A, 64b, 64c der Steuergeometrien 58, 58a, 58b, 58c kann ebenfalls variieren, wie dies beispielsweise in 9c schematisch dargestellt ist.
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 102004002113 B4 [0005]

Claims

Steuereinheit (10) für ein Pedalsystem (12) in einem Fahrzeug (14), insbesondere für ein adaptives Pedalsystem, mit einem ersten Element (22) und einem zweiten Element (24), die in einer Betätigungsrichtung (R) und einer von der Betätigungsrichtung (R) abweichenden, insbesondere quer zur Betätigungsrichtung (R) verlaufenden, Stellrichtung (S) relativ zueinander bewegbar sind, wobei am ersten Element (22) oder am zweiten Element (24) zumindest eine Steuergeometrie (58, 58a, 58b, 58c) vorgesehen ist, und am zweiten Element (24) oder am ersten Element (22) eine Federanordnung (50) vorgesehen ist, wobei die Federanordnung (50) bei einer Bewegung des ersten Elements (22) und des zweiten Elements (24) relativ zueinander in Betätigungsrichtung (R) in Anlage mit der Steuergeometrie (58, 58a, 58b, 58c) gelangen und von dieser verdrängt und/oder gestaucht werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergeometrie (58, 58a, 58b, 58c) so ausgebildet ist, dass an jeder Position der Elemente (22, 24) relativ zueinander eine an dieser Position zwischen den Elementen (22, 24) durch die an der Steuergeometrie (58, 58a, 58b, 58c) anliegende Federanordnung (50)wirkende Rückhaltekraft, die einer Bewegung der Elemente (22, 24) entgegen der Betätigungsrichtung (R) entgegenwirkt, stets betragsmäßig kleiner ist als eine an dieser Position entgegen der Betätigungsrichtung (R) wirkende Rückstellkraft, wobei insbesondere die Differenz aus den Beträgen der Rückstellkraft und der Rückhaltekraft größer als ein definierter Grenzwert ist.
Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergeometrie (58, 58a, 58b, 58c) zumindest einen bezüglich der Betätigungsrichtung (R) erster Abschnitt (60, 60a, 60b, 60c) aufweist, in dem sich in Betätigungsrichtung (R) der Abstand zum jeweils anderen Element (22, 24) reduziert.
Steuereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergeometrie (58, 58a, 58b, 58c) zumindest einen insbesondere unmittelbar an einen ersten Abschnitt (60, 60a, 60b, 60c) anschließenden zweiten Abschnitt (62, 62a, 62b, 62c) aufweist, in dem in Betätigungsrichtung (R) der Abstand zum jeweils andere Element (22, 24) konstant bleibt, wobei insbesondere der Abstand geringer ist als in Betätigungsrichtung (R) vor dem ersten Abschnitt (60, 60a, 60b, 60c) .
Steuereinheit nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergeometrie (58, 58a, 58b, 58c) zumindest einen insbesondere unmittelbar an einen ersten Abschnitt (60, 60a, 60b, 60c) oder einen zweiten Abschnitt (62, 62a, 62b, 62c) anschließenden dritten Abschnitt (64, 64a, 64b, 64c) aufweist, in dem sich in Betätigungsrichtung (R) der Abstand zum jeweils anderen Element (22, 24) vergrößert, wobei insbesondere ein Winkel, in dem der dritte Abschnitt (64, 64a, 64b, 64c) zur Betätigungsrichtung (R) geneigt ist, betragsmäßig kleiner ist als ein Winkel, in dem der erste Abschnitt (60, 60a, 60b, 60c) zur Betätigungsrichtung (R) geneigt ist.
Steuereinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere erste, zweite und/oder dritte Abschnitte (60, 60a, 60b, 60c, 62, 62a, 62b, 62c, 64, 64a, 64b, 64c) vorgesehen sind.
Steuereinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (60, 60a, 60b, 60c, 64, 64a, 64b, 64c) in Betätigungsrichtung (R) eine ansteigende und/oder abfallende Krümmung aufweisen.
Steuereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigungen benachbarter Abschnitte (60, 60a, 60b, 60c, 62, 62a, 62b, 62c, 64, 64a, 64b, 64c) zur Betätigungsrichtung (R) in den Übergängen zwischen den benachbarten Abschnitten (60, 60a, 60b, 60c, 62, 62a, 62b, 62c, 64, 64a, 64b, 64c) jeweils gleich groß sind.
Steuereinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein insbesondere in Betätigungsrichtung hinterer Abschnitt (60, 60a, 60b, 60c, 62, 62a, 62b, 62c, 64, 64a, 64b, 64c) einen Anschlag für die Federanordnung (50) bildet.
Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung (50) eine Führung (52) aufweist, in der ein Anlageelement (54) längsverschieblich gelagert ist, sowie ein Federelement (56), das das Anlageelement (54) in Richtung der Führung (52) beaufschlagt.
Steuereinheit nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlageelement (50) eine Kugel oder ein sich in Richtung der Führung (52) erstreckender Bolzen ist, der insbesondere eine abgerundete Spitze aufweist.
Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Stellrichtung (S) zumindest eine erste Position (A) und eine zweite Position (B) des ersten Elements (22) und des zweiten Elements (24) relativ zueinander definiert sind, wobei in zumindest der ersten Position (A) oder der zweiten Position (B) eine Stellgeometrie (58, 58a, 58b, 58c) so angeordnet ist, dass die Federanordnung (50) bei einer Bewegung der Elemente (22, 24) in Betätigungsrichtung (R) relativ zueinander mit der Stellgeometrie (58, 58a, 58b, 58c) in Anlage gelangen kann.
Steuereinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Stellgeometrie (58a) und eine zweite Stellgeometrie (58b) in Betätigungsrichtung (R) und/oder senkrecht zur Betätigungsrichtung (R) und zur Stellrichtung (S) verschiedene Geometrien aufweisen.
Steuereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Stellrichtung (S) benachbarte Stellgeometrien (58, 58a, 58b, 58c) ineinander in Stellrichtung (S), in Betätigungsrichtung (R) und/oder senkrecht zur Stellrichtung (S) und zur Betätigungsrichtung (R) ineinander übergehen.
Pedaleinheit (12), insbesondere für ein Fahrzeug (14), mit einem Pedalelement (16) und einer Steuereinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Pedalelement (16) bei einer Betätigung in Pedalrichtung (P) das erste Element (22) und das zweite Element (24) in Betätigungsrichtung (R) relativ zueinander verschiebt.