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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen der Pedalstellung, insbesondere eines Pedals in einem Kraftfahrzeug, zum Beispiel eines Fahrpedals, mit einer Blattfeder und einem Sensor zum Erfassen einer Auslenkung der Blattfeder, wobei der Sensor auf der Blattfeder angeordnet ist.
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Aus dem Dokument
WO 2018/046 394 A1 ist ein Pedal bekannt, das als Fahrpedal in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann. Das Pedal hat einen Grundkörper und eine an dem Grundkörper um eine Drehachse drehbar befestigten Pedalplatte, die mit dem Fuß betätigt werden kann. Durch den Fuß kann die Pedalplatte aus einer Ruhelage in eine Betätigungslage bewegt werden. Das Pedal weist einer Rückstellfeder auf, die eine Rückstellkraft auf die Pedalplatte in Richtung der Ruhelage ausübt. Die Rückstellfeder ist eine Blattfeder und ist mit einem Ende relativ zum Grundkörper fest eingespannt. Das andere Ende der Rückstellfeder ist so angeordnet, dass die Rückstellfeder bei der Betätigung der Pedalplatte ausgelenkt wird. Wird die Pedalplatte entlastet, weil zum Beispiel der Fuß vom Pedal genommen worden ist, wird die Pedalplatte durch die Kraft der Rückstellfeder wieder in die Ruhelage bewegt. Die Bewegung aus der Ruhelage in die Betätigungslage und umgekehrt ist eine Drehbewegung. Die Stellung der Pedalplatte zum Grundkörper kann durch einen Drehwinkel beschrieben werden.
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Um die Stellung der Pedalplatte gegenüber dem Grundkörper, also die Pedalstellung, erfassen zu können, weist das Pedal ein Sensor auf, mit dem die Verformung der Rückstellfeder erfasst werden kann. Dieses ist an der Rückstellfeder angeordnet und erfasst die Auslenkung der Rückstellfeder bei der Betätigung des Pedals. Da die Rückstellfeder in Abhängigkeit von der Pedalstellung ausgelenkt ist, kann der Sensor ein zu dem Drehwinkel der Pedalplatte korrespondierendes Ausgangssignal erzeugen. Der Sensor kann zum Beispiel ein Dehnungsmessstreifen sein.
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Die in dem aus dem Dokument
WO 2018/046 394 A1 bekannten Pedal verwendete Rückstellfeder, der Sensor, die Auswerteschaltung und die Leitung zwischen dem Sensor und der Auswerteschaltung, also die Blattfeder, der auf der Blattfeder befestigte Dehnungsmessstreifen, zumindest ein elektronisches Bauelement der Auswerteschaltung und die Leitung bilden eine Vorrichtung, mit der die Pedalstellung des Pedals erfasst werden kann.
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Die Blattfeder kann nach dem Dokument grundsätzlich aus beliebigem Material hergestellt sein. Ausdrücklich beschrieben ist allerdings nur eine Blattfeder aus Metall. Der Dehnungsmessstreifen ist an einer Oberseite der Blattfeder befestigt. Er ist mit einem geeigneten Kleber dort aufgeklebt. Auf der Blattfeder ist ebenfalls eine elektronische Auswerteschaltung angeordnet. Der Dehnungsmesstreifen ist über eine elektrisch leitende Verbindung mit der Auswerteschaltung verbunden.
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In dem Dokument ist ansonsten nicht detailliert beschrieben, wie man die Vorrichtung aufbaut. Insbesondere ist nicht beschreiben, wie die Auswerteschaltung und die Leitung auf der metallischen Blattfeder befestigt wird.
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Ein Problem das bei einer bekannten Vorrichtung entstehen kann, ist dass das elektronische Bauelement einer Biegespannung ausgesetzt sein kann, die die Funktion des Bauelementes beeinträchtig oder das Bauelement sogar zerstört.
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Der Erfindung lag daher die Aufgabe zu Grunde, die aus dem Dokument
WO 2018/046 394 A1 bekannte Vorrichtung zum Erfassen der Pedalstellung so zu verbessern, dass sie einfach hergestellt werden kann. Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dann auch so gestaltet sein, dass eine Biegebeanspruchung der elektronischen Bauelemente vermieden ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Blattfeder eine Leiterplatte ist.
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Wählt man erfindungsgemäß eine Leiterplatte als Blattfeder, ist ein einfacher Aufbau der Vorrichtung möglich. So ist es insbesondere auf einfache Art möglich, den Dehnungsmessstreifen mit der Leiterplatte zu verbinden. Ebenso ist es auch auf einfache Weise möglich ein elektronisches Bauelement und Leitungen auf oder an der Blattfeder vorzusehen. So kann in einer Variante der Erfindung die Vorrichtung eine Auswerteschaltung mit wenigstens einem elektronischen Bauelement aufweisen, die mit dem Sensor elektrisch verbunden ist. Die elektrische Verbindung kann dann über wenigstens eine Leiterbahn der Leiterplatte hergestellt sein. Das elektronische Bauelement ist auf der Leiterplatte angeordnet. Das Bauelement kann durch Lötverbindungen oder andere herkömmliche Verbindungen mit der Leiterplatte verbunden sein.
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Es ist möglich, dass die Leiterplatte einen U-förmigen, von einer ersten Seite der Leiterplatte zu einer zweiten Seite der Leiterplatte durchgehenden Schlitz aufweist. Das wenigstens eine elektronische Bauelement kann in einem Bereich der Leiterplatte zwischen Schenkel des U-förmigen Schlitzes angeordnet sein.
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Die wenigstens eine Leiterbahn zur Verbindung des Sensors und des wenigstens einen elektronischen Bauelementes kann über eine Verbindung des zwischen den Schenkeln des U-förmigen Schlitzes angeordneten Bereichs der Leiterplatte und der übrigen Leiterplatte geführt sein.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann ein Gehäuse aufweisen und das wenigstens eine elektronische Bauelement kann in einem Gehäuse angeordnet sein. Die übrigen Teile der Vorrichtung können außerhalb oder zum Teil außerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Das Gehäuse kann zumindest den zwischen den Schenkeln des U-förmigen Schlitzes angeordneten Bereich der Leiterplatte oder Teile dieses Bereichs der Leiterplatte umgeben. Das Gehäuse kann durch eine Umspritzung des zwischen den Schenkeln des U-förmigen Schlitzes angeordneten Bereichs der Leiterplatte oder eines größeren Bereichs der Leiterplatte und darauf angeordneter Elemente oder aus zumindest zwei miteinander verbundenen Gehäuseteilen hergestellt sein.
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In einer Variante der Erfindung kann die Vorrichtung neben der Blattfeder eine weitere Blattfeder und einen weiteren Sensor aufweisen, der auf der weiteren Blattfeder angeordnet ist. Die Leiterplatte kann auch die weitere Blattfeder bilden. Dazu kann die Leiterplatte durch einen Längsschlitz in zwei Zungen geteilt sein, wobei jede Zunge eine der Blattfedern bildet.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann ein Teil eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugpedals sein, das als Fahrpedal verwendet wird. Das Pedal weist neben einer Vorrichtung zum Erfassen der Pedalstellung einen Grundköper und eine drehbar an dem Grundköper gelagerte Pedalplatte auf. Das Pedal könnte auch ein Bremspedal oder ein Kupplungspedal sein.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 ein Fahrpedal für ein Kraftfahrzeug nach dem Stand der Technik in einer teilweisen Seitenansicht,
- 2 eine erste Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- 3 eine zweite Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
- 4 eine Draufsicht auf ein zweites Ende der erfindungsgemäßen Vorrichtung
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Die 1. zeigt ein als Fahrpedal 2, also ein Gaspedal, für ein Kraftfahrzeug mit einem als Gehäuse aus Kunststoff ausgebildeten Grundkörper 4 und einer an dem Gehäuse 4 um eine Drehachse 6 drehbar befestigte Pedalplatte 8.
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Die Pedalplatte 8 ist zwischen einer in der 1 dargestellten Ruhelage und einer nicht dargestellten maximalen Betätigungslage hin und her bewegbar. Die Pedalplatte 8 ist ebenfalls aus Kunststoff ausgebildet und über die als Filmscharnier ausgebildete Drehachse 6 mit dem Gehäuse 4 verbunden.
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Bei den Kunststoffen für das Gehäuse 4 und die Pedalplatte 8 kann es sich beispielsweise um Thermoplaste oder Duroplaste handeln.
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Bei dem Fahrpedal 2 handelt es sich um ein sogenanntes „stehendes Fahrpedal“.
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In der maximalen Betätigungslage kommt die Pedalplatte 8 mit einem sogenannten Kickdown-Element 9 in Kraftübertragungsverbindung mit einem an dem Gehäuse 4 ausgebildeten Absatz 4.1 des Gehäuses 4. Das Kickdown-Element 9 ist im vorliegenden Beispiel als eine separate Baueinheit ausgebildet und in eine dazu korrespondierende Ausnehmung der Pedalplatte 8 eingesetzt. Das Kickdown-Element 9 dient in üblicher Weise dazu, das Automatikgetriebe des Kraftfahrzeugs zu schalten.
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In der maximalen Betätigungslage ist das Fahrpedal 2 von einem Kraftfahrzeugführer vollständig durchgetreten, also der maximale Auslenkungswinkel der Pedalplatte 8 aus deren Ruhelage erreicht. Zwischen der Ruhelage und der maximalen Betätigungslage kann die Pedalplatte 8 des Fahrpedals 2 beliebig viele als Zwischenstellungen ausgebildete Betätigungslagen einnehmen; das Fahrpedal 2 ist also stufenlos verstellbar. Ferner weist das Fahrpedal 2 eine als Blattfeder 10 ausgebildete Rückstellfeder und einen als Dehnungsmessstreifen 12 ausgebildeten Sensor 12 auf, mit dem die Verformung der Blattfeder erfasst werden kann.
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Die Blattfeder 10 ist aus einem Metall hergestellt und übt eine Rückstellkraft auf die Pedalplatte 8 in Richtung der dargestellten Ruhelage aus. Der Dehnungsmessstreifen 12 ist an der in der Blattebene dargestellten Oberseite der Blattfeder 10 angeordnet.
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Zwecks einer guten Kraftübertragungsverbindung zwischen der Blattfeder 10 und dem Dehnungsmessstreifen 12 ist dieser Weise mit einem Kleber auf die Oberseite der Blattfeder 10 aufgeklebt.
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In einer Betätigungslage der Pedalplatte 8 liefert der Dehnungsmessstreifen 12 ein zu dem Drehwinkel der Pedalplatte 8 aus deren Ruhelage korrespondierendes Ausgangssignal. Das Ausgangssignal des Dehnungsmessstreifen 12 ist über eine erste elektrisch leitende Verbindung 14 mit einer elektronischen Auswerteschaltung 16 in Signalübertragungsverbindung, wobei die erste elektrisch leitende Verbindung 14 wie auch die elektronische Auswerteschaltung 16 auf der Blattfeder 10 angeordnet sind.
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Die Blattfeder 10, der Dehnungsmessstreifen 12, die Auswerteschaltung 16 und die Verbindung 14 zwischen dem Dehnungsmessstreifen 12 und der Auswerteschaltung 15 bilden zusammen eine Vorrichtung zum Erfassen der Stellung des Pedals. Weitere Teile des Pedals können Teil der Vorrichtung sein.
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Das gilt zum Beispiel für einen Steckerkorb 18 aus Kunststoff, der hier als Randkontaktsteckerkorb ausgebildet und an die Blattfeder 10 angespritzt ist und dessen elektrisch leitfähige Kontakte mittels einer zweiten elektrisch leitenden Verbindung 20 mit der elektronischen Auswerteschaltung 16 in Signalübertragungsverbindung stehen.
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Die elektrisch leitfähigen Kontakte des Steckerkorbs 18 sind nicht dargestellt. Zwecks Randkontaktierung sind diese auf dem Fachmann bekannte Weise auf einer ebenfalls nicht dargestellten Leiterplatte ausgebildet.
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Ferner ist denkbar, dass die elektronische Auswerteschaltung in Abweichung zu dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenfalls auf der Leiterplatte angeordnet ist und über die erste elektrisch leitende Verbindung 14 mit dem Dehnungsmessstreifen 12 in Signalübertragungsverbindung steht.
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In der 1 sind der Dehnungsmessstreifen 12, die elektrisch leitenden Verbindungen 14 und 20, die elektronische Auswerteschaltung 16 und das Reibelement 24 aus Gründen der Übersichtlichkeit geringfügig beabstandet von der Blattfeder 10 dargestellt. In Wirklichkeit sind der Dehnungsmessstreifen 12, die elektrisch leitenden Verbindungen 14 und 20 sowie die elektronische Auswerteschaltung 16 auf die Blattfeder 10 aufgeklebt oder dergleichen fest mit der Blattfeder 10 verbunden und ist das Reibelement 24 in Anlage zu der Blattfeder 10.
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Der Steckerkorb 18 kann je nach Bedarf konfiguriert sein. Auf diese Weise ist es möglich, beispielsweise voneinander abweichende Steckergeometrien von verschiedenen Kunden zu verwenden, ohne von der Grundkonstruktion des Fahrpedals 2 abweichen zu müssen. In dem vorliegenden Fall sind sowohl der Steckerkorb 18 wie auch der dazu korrespondierende, nicht dargestellte Stecker für den Randkontakt geeignet ausgebildet.
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Darüber hinaus sind die Blattfeder 10, Dehnungsmessstreifen 12, elektrisch leitender Verbindung 14 und 20, elektronischer Auswerteschaltung 16 und Steckerkorb 18 in dem Gehäuse 4 ausgebildet.
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Dies ist beispielsweise möglich, indem das Gehäuse 4 an die Vorrichtung zum Erfassen der Pedalstellung angespritzt ist. Hierdurch sind elektrische und elektronische Bauteile, also die elektronische Auswerteschaltung 16 wie auch die zweite elektrische Verbindung 20, ohne weitere Maßnahmen gut gegen Umwelteinflüsse, beispielsweise Schmutz, Feuchtigkeit und hohe Temperaturen, geschützt.
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Wie aus der 1 hervorgeht, ist die beschriebene Vorrichtung, also auch die Blattfeder 10, einseitig in das Gehäuse 4 eingespannt. Mit einem freien Ende steht die Blattfeder 10 in Kraftübertragungsverbindung mit der Pedalplatte 8. Jedoch liegt die Pedalplatte 8 nicht direkt an dem freien Ende der Blattfeder 10 an.
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In eine als Aufnahme ausgebildete Befestigungsstelle 22 der Pedalplatte 8 ist ein Reibelement 24 eingesetzt, das mit einem freien Ende an der in der Blattebene obenliegenden Oberfläche der Blattfeder 10 anliegt und somit in Kraftübertragungsverbindung mit der Blattfeder 10 steht.
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Bei einer Überführung der Pedalplatte 8 von der dargestellten Ruhelage in einer Betätigungslage, also -- bezogen auf die Blattebene -- bei einer Drehbewegung der Pedalplatte 8 im Uhrzeigersinn um das Filmscharnier 6, gleitet das Reibelement 24 auf der obenliegenden Oberfläche der Blattfeder 10 vom freien Ende in Richtung des eingespannten Endes der Blattfeder 10. Der Pfeil 26 symbolisiert diese Bewegung.
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Zum einen reibt dabei das Reibelement 24 über die obenliegende Oberfläche der Blattfeder 10. Zum anderen wird dabei die Blattfeder 10 in der Blattebene nach unten umgebogen und somit gespannt. Die Blattfeder 10 übt auf die Pedalplatte 8 eine als Gegenkraft zur Fußbetätigung des Kraftfahrzeugführers ausgebildete Rückstellkraft aus.
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Wird die Pedalplatte 8 von dem Kraftfahrzeugführer in der Blattebene nicht mehr heruntergedrückt, dreht die Blattfeder 10 die Pedalplatte 8 mittels der Rückstellkraft in der Blattebene im Gegenuhrzeigersinn um das Filmscharnier 6 in die dargestellte Ruhelage zurück. Die Blattfeder 10 richtet sich wieder auf; die Blattfeder 10 entspannt sich. Das Reibelement 24 gleitet dabei wieder über die obenliegende Oberfläche der Blattfeder 10 zurück in die in der 1 dargestellte Ausgangsposition, also von dem eingespannten Ende in Richtung des freien Endes der Blattfeder 10.
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Durch das Reibelement 24 ist es möglich, eine gewünschte, vorher festgelegte Hysterese abzubilden. Hierfür können die einzelnen Parameter, wie beispielsweise die Materialien und die Oberflächenbeschaffenheiten der beiden Reibpartner, also der Blattfeder 10 und des Reibelements 24, entsprechend ausgewählt werden.
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Durch die in der 1 dargestellte und oben erläuterte Konstruktion ist die Kinetik des Fahrpedals 2 vorgegeben. Eine Modifikation der Kinetik ist möglich, indem beispielsweise die Befestigungsstelle 22 des Reibelements 24 einstellbar ist. Dies ist in der 1 durch einen Doppelpfeil 28 symbolisiert. In dem konkreten Ausführungsbeispiel ist dies durch die Ausbildung von mehreren in der Pedalplatte 8 ausgebildeten Aufnahmen 22 auf konstruktiv besonders einfache Weise realisiert.
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Je nach Bedarf kann das Reibelement 24 in eine der Aufnahmen 22 eingesetzt werden, um so den für die Kraftübertragung zwischen Reibelement 24 und Blattfeder 10 wirksamen Hebelarm entweder zu verkürzen oder zu verlängern.
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Eine weitere nicht näher dargestellte Einstellmöglichkeit besteht darin, dass die Lage des Reibelements 24 in Richtung der Normalkraft des Reibelements 24 einstellbar und/oder das Reibelement 24 in Richtung von dessen Normalkraft federnd gelagert ist.
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Eine derartige Einstellung und/oder Federung des Reibelements 24 verliefe also senkrecht zu der Reibkraft zwischen der Blattfeder 10 und dem Reibelement 24, die parallel zu dem Pfeil 26 verläuft.
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Ferner weist das Fahrpedal 2 des Ausführungsbeispiels eine Notfallfeder 30 auf, wobei die Notfallfeder 30 die Pedalplatte 8 in Abhängigkeit einer Fehlfunktion der Blattfeder 10 mittels einer Notfallrückstellkraft in die dargestellte Ruhelage überführt. Sollte die Blattfeder 10 beschädigt oder zerstört sein, beispielsweise brechen, dann sorgt die Notfallfeder 30 dafür, dass das Fahrpedal 2 nicht in einer ungewünschten Betätigungslage, beispielsweise der maximalen Betätigungslage, als dem Vollgasfall, verbleibt, sondern wieder automatisch in die dargestellte Ruhelage überführt wird.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorliegende Ausführungsbeispiel begrenzt. Beispielsweise kann die Blattfeder als eine in Längsrichtung geschlitzte Blattfeder ausgebildet sein. Auch kann die Blattfeder im Bereich einer Biegestelle der Blattfeder mindestens eine Prägung aufweisen.
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Das Reibelement kann im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel auch an der Rückstellfeder, also beispielsweise an einer Blattfeder, angeordnet sein und mit einer Oberfläche der Pedalplatte eine Reibpaarung bilden.
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Neben dem Einsatz bei einem stehenden Pedal, kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise bei hängenden Pedalen verwendet werden. Auch ist die Erfindung nicht auf Fahrpedale für Kraftfahrzeuge beschränkt. Beispielsweise wäre auch eine Verwendung bei Kupplungs- und Bremspedalen denkbar. Jedoch sind auch andere fußbetätigte Pedale, unabhängig von der Verwendung bei Kraftfahrzeugen, von der Erfindung mit umfasst.
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Anstelle eines Dehnungsmessstreifens kann auch ein als Piezoelement oder ein als kapazitiver Sensor ausgebildeter Verformungssensor verwendet werden.
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Die in den 2 und 3 dargestellten Vorrichtungen können anstelle einer Vorrichtung mit einer Blattfeder aus Metall in dem Pedal aus der 1 eingesetzt werden. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist als Blattfeder 10a aus einer Leiterplatte anstelle eines Metallelementes auf. Der Dehnungsmessstreifen 12 ist auf der Leiterplatte 10a aufgeklebt. Im Bereich eines ersten Endes 101 könnte das Reibelement 24 befestigt werden. In der Nähe des zweiten Endes 102, das in dem Gehäuse 4 eingespannt ist, ist die Leiterplatte 10a U-förmig geschlitzt. Der Bereich der Leiterplatte zwischen Schenkeln des U-förmigen Schlitzes 13 sind elektronische Bauelemente der Auswerteschaltung 16 vorgesehen. Über nicht dargestellte Leiterbahnen der Leiterplatte 10 ist die Auswerteschaltung 16 mit dem Dehnungsmessstreifen 12 verbunden. Über weitere Leiterbahnen kann die Auswerteschaltung mit einer Schnittstelle der Vorrichtung verbunden sein, die ebenfalls nicht dargestellt ist. Die Auswerteschaltung, der U-förmige Schlitz 13 und Bereich der Leiterplatte um den U-förmigen Schlitz herum können, wie es in der 3 dargestellt ist, umspritzt sein. Die Umspritzung kann Teil des Gehäuses 4 sein.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Pedal, als Fahrpedal für ein Kraftfahrzeug mit Automatikgetriebe ausgebildet
- 4
- Grundkörper, als Gehäuse aus Kunststoff ausgebildet
- 4.1
- Absatz, am Grundkörper 4 ausgebildet
- 6
- Drehachse, als Filmscharnier ausgebildet
- 8
- Pedalplatte, aus Kunststoff ausgebildet
- 9
- Kickdown-Element, als separate Baueinheit ausgebildet
- 10
- Rückstellfeder, als Blattfeder aus Metall ausgebildet
- 10a
- Rückstellfeder, als Blattfeder aus einer Leiterplatte ausgebildet
- 101
- freies Ende der Blattfeder
- 102
- eingespanntes Ende der Blattfeder
- 12
- Verformungssensor, als Dehnungsmessstreifen ausgebildet
- 13
- U-förmiger Schlitz
- 14
- Erste elektrisch leitende Verbindung
- 16
- Elektronische Auswerteschaltung
- 18
- Steckerkorb, als Randkontaktsteckerkorb ausgebildet
- 20
- Zweite elektrisch leitende Verbindung
- 22
- Befestigungsstelle für das Reibelement 24, als Aufnahme in der Pedalplatte 8 ausgebildet
- 24
- Reibelement
- 26
- Bewegungsrichtung des Reibelements 24 bei der Überführung der Pedalplatte 8 von deren Ruhelage in eine Betätigungslage
- 28
- Doppelpfeil, der die Einstellbarkeit der Befestigungsstelle 22 symbolisiert
- 30
- Notfallfeder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2018/046394 A1 [0002, 0004, 0008]
