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Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Betätigungsvorrichtungen bzw. auch sogenannte Pedalwerke für ein Kraftfahrzeug sind im Wesentlichen in zwei Ausführungen bekannt. Die Pedale werden in der Fahrgastzelle entweder hängend an einer Fahrzeugspritzwand oder stehend am Fahrgastzellenboden angeordnet. Insbesondere Bremspedale werden hängend eingebaut, weil sich deren Betätigungsergonomie für den Fahrzeugbediener komfortabler darstellt als bei einem stehenden Bremspedal. Bei einem hängenden Bremspedal verändert sich während des Betätigungswegs der Winkel der Trittplatte nur geringfügig. Allerdings kann es beim hängenden Bremspedal im Falle eines Unfalls dazu kommen, dass der Fahrgastzellenboden deformiert wird und der Fuß des Fahrzeugbedieners zwischen dem Fahrgastzellenboden und dem Bremspedal gerät. Dies kann schwere Verletzungen zur Folge haben. Bei einem stehenden Bremspedal, welches über ein einzelnes Drehgelenk mit dem Fahrgastzellenboden verbunden ist, ändert sich während des Betätigungswegs der Winkel der Trittplatte derart stark, dass der Fuß des Fahrzeugbedieners überstreckt wird. Dies ist für den Fahrzeugbediener unkomfortabel und ergonomisch nicht gerecht. Es besteht zudem die Gefahr eines Abrutschens des Fußes.
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Es ist Aufgabe der Erfindung eine Betätigungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche sich von einem Fahrzeugbediener komfortabel, ergonomisch und sicher bedienen lässt.
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Erfindungsgemäß wird eine Betätigungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, umfassend ein Koppelelement mit einer Trittplatte für einen Fahrzeugbediener, wobei das Koppelelement über eine Mehrgelenkmechanik mit einem Gestell verbunden ist, wobei das Gestell in einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, wobei die Mehrgelenkmechanik einen ersten und einen zweiten Gelenkarm umfasst, wobei der erste Gelenkarm über ein erstes Drehgelenk mit dem Koppelelement und über ein zweites Drehgelenk mit dem Gestell verbunden ist, und der zweite Gelenkarm über ein drittes Drehgelenk mit dem Koppelelement und über ein viertes Drehgelenkmit dem Gestell verbunden ist.
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Die Betätigungsvorrichtung zeichnet sich durch eine Mehrgelenkmechanik aus, welche gegenüber einem Pedalwerk mit nur einem Schwenkpunkt am Fahrgastzellenboden den Vorteil hat, dass die Neigung der Trittplatte gegenüber dem Fahrgastzellenboden über den Betätigungsweg weitestgehend gleichbleibt bzw. sich nur sehr gering verändert. Durch die Mehrgelenkmechanik verfolgt die Trittplatte eher einen linearen Weg als einen bogenförmigen Weg, wie er bei einem Pedalwerk mit nur einem Schwenkpunkt vollführt wird. Dies ist für den Fahrzeugbediener komfortabler und sicherer. So wird also in vorteilhafter Weise die Crashsicherheit einer stehenden Betätigungsvorrichtung mit der Ergonomie einer hängenden Betätigungsvorrichtung kombiniert.
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Bevorzugt sind der erste und der zweite Gelenkarm in Richtung eines Betätigungsweg der Betätigungsvorrichtung hintereinander angeordnet und voneinander beabstandet. Die Mehrgelenkmechanik ist dabei derart konstruiert, dass der erste Gelenkarm auf Seiten des Fahrzeugbedieners ist und der zweite Gelenkarm sich dahinter in Richtung einer Fahrzeugspritzwand befindet. Beide Gelenkarme sind aus gewinkelten Teilstücken konstruiert, damit sich diese während des Betätigungsvorgangs nicht gegenseitig blockieren und der Betätigungsvorgang überhaupt ermöglicht wird. Dabei ist der zweite Gelenkarm annährend bogenförmig gestaltet und der erste Gelenkarm ist gestuft ausgeführt. Zudem ist der erste Gelenkarm etwas kürzer als der zweite Gelenkarm. Dies ermöglicht, dass sich der erste Gelenkarm in Richtung deszweiten Gelenkarms bewegt, durch die Bogenform des zweiten Gelenkarms aber mit diesem nicht in Kontakt tritt. Aufgrund der Drehgelenke und dieser besonderen Form der Gelenkarme, folgt die Koppelelement einem Weg mit fast gleichbleibender Neigung.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem ersten und dem zweiten Gelenkarm ein Dämpfungselement angeordnet. Das Dämpfungselement dient dazu dem Fahrzeugbediener während des Betätigungsvorgangs ein angenehmes Pedalgefühl zu vermitteln.
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Eine Ausführung des Dämpfungselements als ein im Wesentlichen aus elastomerem Material bestehender Deformationskörper kombiniert in vorteilhafter Weise Dämpfungseigenschaften mit Rückstelleigenschaften.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem ersten und dem zweiten Gelenkarm eine Rückstellfeder angeordnet. Rückstellfeder dient dazu die Mehrgelenkmechanik nach dem Betätigungsvorgang in die Ausgangsstellung zurückzuführen.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Koppelelement u-förmig mit einem ersten und einem zweiten Ausleger ausgeführt ist, wobei an dem ersten Ausleger das erste Drehgelenk angeordnet ist und an dem zweiten Ausleger das dritte Drehgelenk angeordnet ist. Bevorzugt ist der erste Ausleger des Koppelelements kürzer als der zweite Ausleger des Koppelelements. Zur Anbindung der Gelenkarme an das Koppelelement hat dieses zwei Ausleger an seiner Unterseite, in welchen die Drehgelenke aufgenommen sind.
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Vorzugsweise umfasst der erste Gelenkarm einen Endausleger, welcher in einer Ausgangsstellung der Betätigungsvorrichtung in einen von einer Unterseite des Koppelelements und dem zweiten Ausleger des Koppelelements gebildeten Endanschlag eingreift. Damit die Betätigungsvorrichtung nach der Betätigung in einer definierten Ausgangsstellung verharrt, greift der Endausleger von dem ersten Gelenkarm in eine Anschlagsfläche an der Unterseite des Koppelelements ein. Diese Anschlagsfläche wird durch eine geeignete Formgebung der Unterseite am zweiten Ausleger gebildet. Der Endausleger zweigt dafür von einem Teilstück des ersten Gelenkarms ab. Sein Ende ist mit einer auf die Anschlagfläche angepassten Spitze ausgeführt.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Gestell u-förmig mit einem ersten und einem zweiten Ausleger ausgeführt ist, wobei an dem ersten Ausleger das zweite Drehgelenk und an dem zweiten Ausleger das vierte Drehgelenk angeordnet ist. Zur Anbindung der Gelenkarme an das Gestell hat dieses zwei Ausleger an seiner Oberseite, in welchen die Drehgelenke aufgenommen sind.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Gestell als ein Schlitten ausgeführt, welcher in einer an einem Boden der Fahrgastzelle angeordneten Schlittenführung verstellbar gelagert ist. Durch die Schlittenführung lässt sich die Betätigungsvorrichtung längs verschieblich ausrichten, sodass die Betätigungsvorrichtung für Fahrzeugbediener unterschiedlicher Körpergröße eine für den Fahrzeugbediener komfortable Position gebracht werden kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine elektronische Erfassungsvorrichtung vorgesehen, welche einen Betätigungsweg der Betätigungsvorrichtung erfasst. Über die elektronische Erfassungsvorrichtung wird die Betätigung und der Betätigungsweg der Betätigungsvorrichtung erfasst und an ein Fahrzeugsystem weitergeleitet. Solch ein Fahrzeugsystem kann bspw. eine „Brake-by-Wire“ Bremsanlage oder ein „Drive-by-Wire“ Antrieb sein, welche gemäß der erfassten Betätigung angesteuert werden. Zusätzlich oder alternativ ist eine elektronische Erfassungsvorrichtung vorgesehen, welche eine auf die Trittplatte ausgeübte Betätigungskraft erfasst. Auch die erfasste Betätigungskraft wird an ein Fahrzeugsystem weitergeleitet.
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Die Betätigungsvorrichtung findet Verwendung in einem Kraftfahrzeug, bspw. als ein Bremspedal für eine Bremsanlage und/oder als ein Fahrpedal für einen Fahrzeugantrieb.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren.
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Es zeigen:
- 1 eine beispielsgemäße Betätigungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, und
- 2a-d einen beispielsgemäßen Betätigungsvorgang der Betätigungsvorrichtung.
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In der 1 ist eine beispielsgemäße Betätigungsvorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug gezeigt, welche von einem Fuß 16 eines Fahrzeugbedieners betätigbar ist. Betätigungsvorrichtung 1 ist stehend ausgeführt. Betätigungsvorrichtung 1 ist ein Bremspedal, insbesondre für eine „Brake-by-Wire“ Bremsanlage. Alternativ ist Betätigungsvorrichtung 1 ein Fahrpedal, insbesondere für einen „Drive-by-Wire“ Antrieb.
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Betätigungsvorrichtung 1 umfasst ein Koppelelement 2, welches über eine Mehrgelenkmechanik mit einem Gestell 3 in einem Bereich des Bodens 12 einer Fahrgastzelle befestigt ist. Koppelelement 2 hat eine Trittplatte 15 für den Fuß 16 des Fahrzeugbedieners. Die Mehrgelenkmechanik umfasst einen ersten Gelenkarm 4 und einen zweiten Gelenkarm 5, welche beide drehbar am Koppelelement 2 und drehbar am Gestell 3 befestigt sind. Im Detail ist erster Gelenkarm 4 über ein erstes Drehgelenk 6 am Koppelelement 2 und über ein zweites Drehgelenk 7 am Gestell 3 angebracht. Zweiter Gelenkarm 5 ist über ein drittes Drehgelenk 8 am Koppelelement 2 und über ein viertes Drehgelenk 9 am Gestell 3 angebracht.
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Erster Gelenkarm 4 und zweiter Gelenkarm 5 sind in Richtung eines Betätigungswegs BW der Betätigungseinrichtung 1 hintereinander und voneinander beabstandet angeordnet. Zwischen erstem Gelenkarm 4 und zweitem Gelenkarm 5 ist ein Dämpfungselement 10 angeordnet. Dämpfungselement 10 dient dazu dem Fuß 16 des Fahrzeugbedieners während des Betätigungsvorgangs ein angenehmes Pedalgefühl zu vermitteln. Zugleich hat Dämpfungselement 10 eine federnde Funktion. Denn Dämpfungselement 10 ist als ein Elastomerkörper ausgeführt. Vorzugsweise als eine Gummifeder. Genutzt werden also die dämpfenden als auch die federnden Eigenschaften des Elastomerkörpers.
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Als weitere Feder ist zwischen erstem Gelenkarm 4 und zweitem Gelenkarm 5 eine Rückstellfeder 11 angeordnet. Rückstellfeder 11 dient dazu die Mehrgelenkmechanik nach dem Betätigungsvorgang in die Ausgangsstellung zurückzuführen. Rückstellfeder 11 ist vorzugsweise als eine Stahlfeder ausgeführt.
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Koppelelement 2 ist u-förmig mit einem ersten und einem zweiten Ausleger ausgeführt. Von der Unterseite des Koppelelements 2 ragen die Ausleger senkrecht ab. An dem ersten Ausleger ist das erste Drehgelenk 6 und an dem zweiten Ausleger ist das dritte Drehgelenk 8 vorgesehen. Der zweite Ausleger ist länger als der erste Ausleger. Auf der Unterseite des Koppelelements 2 ist eine Anschlagsfläche ausgebildet, in welche ein Endausleger des ersten Gelenkarms 4 in der Ausgangsstellung von Betätigungseinrichtung 1 eingreift. Durch diesen mechanischen Anschlag kann sich die Mehrgelenkmechanik beim Zurückfedern nicht weiter in Richtung des Fußes 16 des Fahrzeugbedieners bewegen.
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Gestell 3 ist u-förmig mit einem ersten und einem zweiten Ausleger ausgeführt. Von der Grundplatte des Gestells 3 ragen die Ausleger senkrecht ab. An dem ersten Ausleger ist das zweite Drehgelenk 7 und an dem zweiten Ausleger ist das vierte Drehgelenk 9 vorgesehen. Der zweite Ausleger ist länger als der erste Ausleger. Gestell 3 ist als ein Schlitten ausgeführt, welcher in einer Schlittenführung 14 längsbeweglich aufgenommen ist. Dadurch kann die Position (Verstellweg VW) von Betätigungsvorrichtung 1 individuell auf den Fahrzeugbediener eingestellt werden.
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Anhang der 2a bis 2d wird ein Betätigungsvorgang der beispielsgemäßen Betätigungsvorrichtung 1 erläutert. In der 2a befindet sich Betätigungsvorrichtung 1 in der Ausgangsstellung. Hierbei ist Koppelelement 2 unter einem vorbestimmten Neigungswinkel gegenüber dem Fahrgastzellenboden 12 ausgerichtet. Dieser Neigungswinkel ist auf eine für den Fahrzeugbediener ergonomisch bequeme Position auszurichten.
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Bringt Fahrzeugbediener mit Fuß 16 gemäß der 2b eine Betätigungskraft auf Koppelelement 2 auf, bewegt sich Koppelelement 2 in Richtung Fahrzeugspritzwand 13. Die Viergelenkmechanik mit zwei Drehgelenken 6 und 8 an Koppelelement 2 und zwei Drehgelenken 7 und 9 an Gestell 3 erlaubt eine Verschiebung von Koppelelement 2 unter einem weitestgehend gleichbleibenden Neigungswinkel zum Boden 12 der Fahrgastzelle. Dies fühlt sich für den Fahrzeugbediener komfortabel an und ist zudem auch sicherer als ein Pedalwerk, welches nur um einen einzelnen Drehpunkt in der Nähe des Fahrgastzellenbodens schwenkt.
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Dafür sind erster Gelenkarm 4 und zweiter Gelenkarm 5 jeweils aus gewinkelten Teilstücken aufgebaut. Diese sind derart gewinkelt ausgeführt, dass erster Gelenkarm 4 und zweiter Gelenkarm 5 über den gesamten Betätigungsweg nicht aneinanderstoßen. So ist zweiter Gelenkarm 5 annährend bogenförmig geformt, während erster Gelenkarm 4 gestuft ausgeführt ist.
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Im weiteren Verlauf der Betätigung von Betätigungseinrichtung 1 gemäß der 2c neigt sich Koppelelement 2 in Richtung Boden 12. Der Neigungswinkel wird kleiner. Dabei übergreift der gestufte erste Gelenkarm 4 den längeren Ausleger von Gestell 3.
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In der 2d ist der Endzustand des Betätigungsvorgangs von Betätigungsvorrichtung 1 gezeigt. Der Neigungswinkel von Koppelelement 2 gegenüber Boden 12 ist dabei etwas kleiner geworden.
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Die Abhängigkeit des Neigungswinkels der Trittplatte 15 vom Betätigungsweg BW ist durch die konstruktive Auslegung der Längen der Gelenkarme 4 und 5 sowie der Abmessungen von Gestell 3 und Koppelelement 2 beeinflussbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Betätigungsvorrichtung
- 2
- Koppelelement
- 3
- Gestell
- 4
- erster Gelenkarm
- 5
- zweiter Gelenkarm
- 6
- erstes Drehgelenk
- 7
- zweites Drehgelenk
- 8
- drittes Drehgelenk
- 9
- viertes Drehgelenk
- 10
- Dämpfungselement
- 11
- Rückstellfeder
- 12
- Boden der Fahrgastzelle
- 13
- Fahrzeugspritzwand
- 14
- Schlittenführung
- 15
- Trittplatte
- 16
- Fuß
- 17
- Endausleger
- BW
- Betätigungsweg
- VW
- Verstellweg
