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Die Erfindung betrifft eine Pedalanordnung für ein Fahrzeug.
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Die Pedale eines Fahrzeugs sind seit Erfindung des Automobils essenzielles Mittel der Fahrzeugführung. Mit der Einführung von automatisch betriebenen Fahrzeugen bis hin zu vollautonomen Fahrzeugen werden diese jedoch nicht durchgehend benötigt; beispielsweise wenn das Fahrzeug autonom unterwegs ist; weist das Fahrzeug automatische Fahrabschnitte und manuell geführte auf, so werden die Pedale nur zu bestimmten Zeiten gebraucht. Es ist grundsätzlich wünschenswert, Pedale dann zu versenken und mit den übrigen Elementen des Innenraums nahtlos in einer Ebene übergehen zu lassen, wenn die Pedale nicht gebraucht werden, beispielsweise in einem automatisch geführten Fahrabschnitt oder beim Warten an einer Ladesäule. Dann kann die am Fahrersitz platznehmende Person deutlich bequemer den Fußraum nutzen.
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Im Stand der Technik sind einklappbare Pedale für Fahrzeuge bekannt. Die
DE 10 2020 211 830 A1 betrifft hierzu eine klappbare Bremspedalvorrichtung eines Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung umfasst: Ein Pedalgehäuse zum Anbringen in einem Raum unterhalb eines Fahrersitzes; eine Pedalauflage, die über einen Gelenkstift schwenkbar mit dem Pedalgehäuse gekoppelt ist, um als Reaktion auf die Bewegung des Fußes des Fahrers betätigt zu werden und eingerichtet ist, wahlweise in einen verborgenen Zustand, in dem die Pedalauflage in das Pedalgehäuse eingeführt ist, oder in einen hochgeklappten Zustand, in dem die Pedalauflage gegenüber dem Pedalgehäuse hervorsteht, schaltbar zu sein; einen im Pedalgehäuse befestigten Aktor, der mit der Pedalauflage gekoppelt ist und eingerichtet ist, die Pedalauflage zu schwenken, um der Pedalauflage zu ermöglichen, sich im verborgenen Zustand oder im hochgeklappten Zustand zu befinden, und ein Federmodul, das schwenkbar mit dem Pedalgehäuse gekoppelt ist, mit einem ersten Endabschnitt, der mit der Pedalauflage verbunden ist, und einem zweiten Endabschnitt, der mit dem Aktor verbunden ist und eingerichtet ist, die Kraft des Aktors auf die Pedalauflage zu übertragen.
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In dieser
DE 10 2020 211 830 A1 wird insbesondere beschrieben, dass in einer Bedienposition des Pedals das Kraftaufnahmeelement mit seiner länglichen Erstreckung in Lastrichtung der Pedalbedienkraft ausgerichtet ist, sodass der Antrieb zum Verschwenken dadurch nicht belastet wird und mit geringer Leistung ausgelegt sein kann. Auch wird hierbei ein Hochlastfedermodul verwendet, um einen Motor mit geringer Leistung zu verwenden.
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Ein solches Hochlastfedermodul ist jedoch dann nicht nötig, wenn es sich bei dem verwendeten Pedal um ein mechanisch entkoppeltes System handelt, welches lediglich sensorisch die Fahrereingabe erfasst und elektronisch an eine Steuereinheit weiterleitet. Hierbei kann es sich insbesondere um ein sogenanntes „Brake by Wire System“ handeln, bei dem nicht die Bewegung des Pedals mechanisch an einem Bremskraftverstärker gekoppelt ist, sondern bei dem das Pedal lediglich die Funktion eines Sensors aufweist, um die Eingabe eines Fahrzeugführers zu erfassen und elektronisch (oder per Lichtleiter) als Signal weiterzuleiten.
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Die
DE 10 2018 219 487 A1 betrifft außerdem eine Vorrichtung zum Betätigen von Bremse und Gas in einem Fahrzeug, wobei ein Bremsglied und ein Gasglied in einer Betätigungseinheit angeordnet sind, und wobei die Betätigungseinheit aus einer aktiven Fahrposition beim autonomen Fahren zur Beinauflage in eine wenigstens annähernd horizontale Position verstellbar ist, wobei das Bremsglied und das Gasglied deaktiviert sind.
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Die
DE 10 2019 130 979 B3 betrifft ferner einen Pedalwertgeber für ein Kraftfahrzeug, mit einem mindestens im Wesentlichen starr angeordneten Querträger mit einer ersten Pedalbetätigungsfläche und einer im Abstand zur ersten Pedalbetätigungsfläche angeordneten zweiten Pedalbetätigungsfläche, und einer Sensoranordnung zur Erfassung eines Drehmoments des Querträgers bezüglich einer zwischen der ersten und der zweiten Pedalbetätigungsfläche angeordneten Drehmomentachse und zur Lieferung eines elektrischen Betätigungssignals in Abhängigkeit von dem Drehmoment.
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Die
DE 10 2017 215 904 A1 betrifft darüberhinaus ein Fahrzeug, mit einem Fahrzeugsitz, mindestens einer vor dem Fahrzeugsitz angeordneten Fußstütze, die eine Stützfläche für die Abstützung der Füße eines auf dem Fahrzeugsitz sitzenden Sitzbenutzers bereitstellt, wobei an der Stützfläche der Fußstütze mindestens ein Betätigungselement für die Steuerung der Motorleistung des Fahrzeugs und/oder für das Abbremsen des Fahrzeugs integriert ist.
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Die
DE 10 2008 042 968 A1 betrifft schließlich ein Verfahren zur Einstellung eines Bremssystems eines Fahrzeugs, bei dem im Falle einer Kollision selbsttätig Bremskraft aufgebaut wird, wobei bei einer Kollision mindestens ein vom Fahrer zu betätigendes Fußpedal aus der regulären, in den Fußraum einragenden Betriebsposition in eine aus dem Fußraum zumindest teilweise entfernte Außerbetriebsposition verstellt wird, wobei die Bremskraft bei der Verstellung der Fußpedalposition selbsttätig aufgebaut bzw. aufrecht erhalten wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und kostengünstige Lösung für ein zwischen einer Ruhestellung und einer Bedienstellung schwenkbares Pedal für ein Fahrzeug anzubieten.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Pedalanordnung für ein Fahrzeug, aufweisend einen Pedalhebel und einen Kniehebel, wobei der Pedalhebel mit seinem ersten Ende an einem ersten karosseriefesten Lagerpunkt drehbar gelagert ist und an seinem zweiten schwenkbaren Ende eine Pedalfläche zum Aufnehmen der Kraft eines Fußes zumindest in einer Bedienstellung des Pedalhebels aufweist und am Pedalhebel ein Kraftmesselement angeordnet ist, um die Fußkraft zu messen und als Steuergröße an eine Steuereinheit weiterzuleiten, wobei der Kniehebel zwei zueinander drehbar gelagerte Elemente aufweist und der Kniehebel mit seinem ersten Ende an einem zweiten karosseriefesten Lagerpunkt drehbar gelagert ist und an seinem zweiten Ende am Pedalhebel im Bereich der Pedalfläche drehbar gelagert ist, wobei der erste karosseriefeste Lagerpunkt und der zweite karosseriefeste Lagerpunkt so voneinander beanstandet sind, sodass durch Einknicken des Kniehebels um die drehbare Verbindung seiner Elemente von einer Totpunktstellung weg in eine eingeknickte Stellung der Pedalhebel von einer ausgeschwenkten Bedienstellung in eine eingeschwenkte Ruhestellung und zurück mittels eines Aktors verschwenkbar ist, wenn der Aktor eine Drehbewegung des karosserieseitigen Elements des Kniehebels verursacht, wobei der Kniehebel in der ausgeschwenkten Bedienstellung des Pedalhebels knapp über der Totpunktstellung seiner Elemente gehalten ist, sodass bei einer Frontalkollision des Fahrzeugs durch den Impuls des Fußes des Fahrzeugführers auf die Pedalfläche die Elemente einknicken können.
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Die relative geometrische Anordnung zwischen Pedalhebel und Kniehebel ist dabei insofern irrelevant, als dass es für die Funktion der Pedalanordnung unerheblich ist, ob sich der Pedalhebel oberhalb oder unterhalb des Kniehebels befindet, d. h. gleichermaßen ob sich der zweite karosseriefeste Lagerpunkt unterhalb oder oberhalb des ersten karosseriefesten Lagerpunkts befindet.
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Der Aktor weist bevorzugt einen elektrischen Motor mit Schneckenantrieb mit niedriger Untersetzung ohne Selbsthemmung auf. Bevorzugt ist der Abtrieb dieses Antriebsstranges im Bereich des zweiten karosseriefesten Lagerpunktes angeordnet, um aktiv das karosserieseitige Element des Kniehebels drehen zu können. Wenn die Pedalanordnung zwei oder mehr Pedale umfasst, ist bevorzugt der Motor über einen gemeinsamen Antriebsstrang mit allen Pedalen gekoppelt, sodass alle Pedale gleichzeitig von der Ruhestellung in die Bedienstellung und umgekehrt verfahren werden können. Bevorzugt wird der Aktor so angesteuert, dass in der Bedienstellung des Pedalhebels der Aktor ein ständiges Drehmoment erzeugt, um den Pedalhebel in der Bedienstellung aktiv zu halten.
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Durch die erfindungsgemäße Pedalanordnung nehmen das Schwenkgelenk des Pedalhebels im ersten karosseriefesten Lagerpunkt und der Kniehebel die Bedienkräfte am Pedalhebel, ausgeübt durch einen Fahrzeugführer, auf, wenn sich der Pedalhebel in der ausgeschwenkten Bedienstellung befindet.
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Dies ergibt sich durch die Stellung der Elemente des Kniehebels nahe an ihrem Totpunkt, d. h. dass die Elemente nahezu entlang einer gemeinsamen Geraden ausgerichtet sind. Dadurch jedoch, dass die Elemente des Kniehebels nicht exakt auf einer Geraden ausgerichtet werden, sondern der Verbindungspunkt der beiden Elemente etwas oberhalb oder unterhalb der Geraden in der Bedienstellung gehalten wird, ergeben sich immer noch geringe Aktor-Kräfte zum Halten des Kniehebels in der ausgeschwenkten Stellung bezüglich des Pedalhebels, und die Anordnung aus Pedalhebel und Kniehebel kann dabei sehr hohe Steifigkeit erreichen, gleichzeitig bewirkt jedoch auch die Auslenkung aus der Totpunkt- Stellung, dass bei einer Kollision des Fahrzeugs, insbesondere bei einer Frontalkollision des Fahrzeugs, durch den Impuls des Fußes des Fahrzeugführers, welcher auf die Pedalfläche einwirkt, die Elemente einknicken können und somit die Pedalfläche nicht zu einem gefährlichen Auflagepunkt für die Fußfläche des Fahrzeugführers wird, um die der Fuß durch seinen Impuls rotiert wird, wodurch beispielsweise seine Ferse unterhalb der Pedalfläche hindurchrutscht während der Ballen noch auf der Pedalfläche ist. Dies könnte zu einer Überdehnung der Achilles-Sehne führen. Eine solche Nachgiebigkeit durch das Einknicken der Elemente des Kniehebels wird bevorzugt als Sollbruchstelle ausgelegt, ohne jedoch dass Teile zu Bruch gehen müssen. Eine typische Versagenskraft, bis zu der die Pedalanordnung die reguläre Funktion aufzuweisen hat, ist beispielsweise 3,1 kN. Oberhalb dieser Fußkraft knickt bevorzugt der Kniehebel in sich zusammen, sodass die Pedalfläche nicht den gefährlichen oben beschriebenen Lagerpunkt für die Fußfläche des Fahrzeugführers darstellt. Alternativ hierzu kann das Einknicken des Kniehebels aktorisch unterstützt erfolgen, d. h. dass im Falle einer Detektion einer Kollision des Fahrzeugs, insbesondere einer Frontalkollision des Fahrzeugs, der genannte Aktor dahingehend aktiv wird, dass er möglichst schnell das karosserieseitige Element des Kniehebels so verdreht, dass der Pedalhebel in seine eingeschwenkte Ruhestellung verfährt. Siehe hierzu unten für weitere Details.
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Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass für ein Pedal, insbesondere für ein Pedal für ein Fahrzeug, welches nicht mechanisch an ein nachgelagertes Steuersystem des Fahrzeugs (wie beispielsweise der mechanischer Bremskraftverstärkung) angeschlossen ist, sondern als Sensor dient, wie beispielsweise in einem „Brake-By-Wire“ System, eine kostengünstige und einfache Pedalanordnung bereitgestellt wird, in der die Pedalfläche zwischen einer Ruhestellung und einer Bedienstellung verschwenkbar ist, sodass in der Ruhestellung mehr Fußraum für die Person am Platz des Fahrzeugführers zur Verfügung steht. Außerdem weist die erfindungsgemäße Pedalanordnung Vorteile bei einer Kollision des Fahrzeugs, insbesondere einer Frontalkollision des Fahrzeugs, auf, und senkt dabei das Verletzungsrisiko des Fahrzeugführers deutlich, wenn dieser in einem Fahrzeugmodus unterwegs ist, in der das Fahrzeug unter anderem mithilfe des besagten Pedals geführt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Kraftmesselement an der Pedalfläche angeordnet, sodass Kraftmesselement und Pedalfläche zusammen eine kraftsensitive Pedalfläche ausbilden. insbesondere in diesem Fall sind sowohl Kniehebel als auch Pedalhebel sowie die Pedalfläche steif ausgebildet, sodass bei einer Bedienung des Pedals kein signifikanter Verfahrweg des jeweiligen Pedals erreicht wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Kniehebel in der ausgeschwenkten Bedienstellung des Pedalhebels knapp über der Totpunktstellung seiner Elemente gehalten, wobei eine Signalgebereinheit dazu ausgeführt ist, bei einer Kollision des Fahrzeugs, insbesondere bei einem Frontalaufprall, den Aktor so anzusteuern, dass der Pedalhebel nicht länger in der ausgeschwenkten Stellung aktiv gehalten wird, sodass der Impuls eines Fußes, der auf die Pedalfläche wirkt, den Pedalhebel in Richtung Karosserie in seine eingeschwenkte Ruhestellung unter Einknicken der Elemente des Kniehebels verschieben kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Kniehebel in der ausgeschwenkten Bedienstellung des Pedalhebels knapp über der Totpunktstellung seiner Elemente gehalten, wobei eine Signalgebereinheit dazu ausgeführt ist, bei einer Kollision des Fahrzeugs, insbesondere bei einem Frontalaufprall, den Aktor so anzusteuern, dass der Pedalhebel aktiv durch den Aktor von seiner ausgeschwenkten Bedienstellung in seine eingeschwenkte Ruhestellung verfahren wird. Die Signalgebereinheit kann diejenige sein, die auch bei der Auslösung von Airbags verwendet werden. Weiterhin bevorzugt umfasst der Aktor einen elektrischen Motor, der so ausgeführt ist, dass nach höchstens einer einzigen Umdrehung des Motors der Pedalhebel vollständig von der Bedienstellung in die Ruhestellung verfahren ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Aktor eine pyrotechnische Einheit. Die pyrotechnische Einheit kann ähnlich der Funktionsweise eines Airbags durch einen plötzlichen Druckaufbau durch den Übergang eines Feststoffkörpers in den gasförmigen Zustand den Pedalhebel sehr plötzlich aus der Bedienstellung in die Ruhestellung verfahren. Dabei kann ein elektrischer Motor, der zum regulären Verfahren des Pedalhebels zwischen der Bedienstellung und der Ruhestellung verwendet wird, entweder entkoppelt von der pyrotechnisch verursachten Bewegung sein, oder diese unterstützen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist karosseriefest und unterhalb der Pedalfläche ein Crashpad angeordnet, um bei einem Frontalaufprall des Fahrzeugs eine Ferse des Fahrers dämpfend und/oder federnd abzustützen. Das Crashpad ist bevorzugt aus weichem Kunststoff, insbesondere Kunststoffschaum wie EPP -Kunststoff, gefertigt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind der Pedalhebel und zumindest ein Element des Kniehebels nachgiebig-elastisch ausgeführt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind der Pedalhebel und die Elemente des Kniehebels steif ausgeführt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Kraftmesselement ein verformungssteifes Kraftmesselement.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform liegt in der eingeschwenkten Ruhestellung des Pedalhebels die Pedalfläche eben an umliegenden Karosserieelementen an. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass nicht einmal eine seitliche Fußbewegung einer auf dem Fahrersitz sitzenden Person entlang des Fußbodens und an den Seitenwänden des Innenraums störenden Kontakt mit der Pedalanordnung erfährt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1: Eine Pedalanordnung mit dem Pedalhebel in seiner Bedienstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 2: Eine Pedalanordnung mit dem Pedalhebel in seiner Ruhestellung.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt eine Pedalanordnung 1 für ein Fahrzeug mit einem Pedal in Bedienstellung. Die Pedalanordnung 1 weist einen verschwenkbaren Pedalhebel 3 und einen Kniehebel 5 auf. Wie der Pedalhebel 3 insbesondere durch die Bewegung des Kniehebels 5 verschwenkt werden kann, ist im Vergleich zwischen der 1 und der 2 ersichtlich. Es können daher in der folgenden Beschreibung beide Figuren zum Verständnis herangezogen werden, insbesondere zum Verständnis des Bewegungsablaufs. Der Pedalhebel 3 ist mit seinem ersten Ende an einem ersten karosseriefesten Lagerpunkt 7 drehbar gelagert und weist an seinem zweiten, schwenkbaren, Ende eine Pedalfläche zum Aufnehmen der Kraft eines Fußes auf. An der Pedalfläche ist ein Kraftmesselement angeordnet, um die Fußkraft zu messen und als Steuergröße an eine Steuereinheit weiterzuleiten. Der Kniehebel 5 weist zwei zueinander drehbar gelagerte Elemente 11 auf und ist mit seinem ersten Ende an einem zweiten karosseriefesten Lagerpunkt 9 drehbar gelagert und an seinem zweiten Ende am Pedalhebel 3 im Bereich der Pedalfläche drehbar gelagert. Der erste karosseriefeste Lagerpunkt 7 und der zweite karosseriefeste Lagerpunkt 9 sind dabei so voneinander beanstandet, dass durch Einknicken des Kniehebels 5 um die drehbare Verbindung seiner Elemente 11 von der initialen Stellung knapp über dem Totpunkt weg in eine eingeknickte Stellung (siehe 2), der Pedalhebel 3 von einer ausgeschwenkten Bedienstellung in eine eingeschwenkte Ruhestellung und zurück mittels eines Aktors 13 verschwenkbar ist, wenn der Aktor 13 eine Drehbewegung des karosserieseitigen Elements 11 des Kniehebels 5 verursacht. Diese reguläre Bewegung des Aktors 13 dient dazu, den Pedalhebel 3 in die Ruhestellung zu verfahren, wenn das Fahrzeug stillsteht oder sich in einem autonomen Fahrmodus befindet. Dagegen wird der Pedalhebel 3 in die Bedienstellung verfahren, wenn ein manueller Betrieb durch einen Fahrer des Fahrzeugs zu erwarten ist. Wird dagegen von einer Signalgebereinheit ein Frontalzusammenstoß des Fahrzeugs mit einem Objekt oder anderem Fahrzeug erkannt, lösen die Airbags des Fahrzeugs aus und der elektrische Aktor 13 wird stromlos geschalten, sodass die Elemente 11 des Kniehebels 5 durch ihre initiale Stellung außerhalb des Totpunktes ungehemmt einknicken können und die in 2 gezeigte Position, getrieben durch den Impuls des Fußes des Fahrers und den damit erzeugten Kraftstoß auf die Pedalfläche, einnehmen können.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
