DE10211018A1

DE10211018A1 - Intelligentes Fahrpedal

Info

Publication number: DE10211018A1
Application number: DE10211018A
Authority: DE
Inventors: Peter Apel; Klaus Wilczek
Original assignee: AB Elektronik GmbH
Current assignee: AB Elektronik GmbH
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2003-10-09
Also published as: EP1346868A1; US6851333B2; DE50303894D1; ATE330808T1; EP1346868B1; US20030172767A1

Abstract

Bei einer Fahrpedalvorrichtung mit: DOLLAR A - einem Pedalelement (3), das in einem Gaspedaldrehpunkt (2) gegenüber über einem Basiselement (4) zu bewegen ist, DOLLAR A - einem Rückholelement (11, 12), DOLLAR A - einem Dämpferelement (9, 10), mit dem eine Pedalbetätigungsbewegung und eine Pedalrückbewegung des Pedalelements (3) zu dämpfen ist, und DOLLAR A - einer Steuereinheit, die mit einem Sensorelement (21) verbunden ist, DOLLAR A ist eine Motoreinheit (1) vorgesehen, deren Rotoreinheit mit dem Pedalelement (3) und deren Statoreinheit mit der Basiseinheit (4) verbunden ist. Die Steuereinheit steuert die Motoreinheit (1) wie folgt: DOLLAR A a) Erfassen eines Zustandes durch das Steuersensorelement (21), der von einem vorgegebenen Normalzustand abweicht, DOLLAR A b) Einschalten der Motoreinheit (1), die eine Motorgegenkraft erzeugt, die der Dämpfungskraft des Dämpferelements (9, 10) hinzuaddiert auf das Pedalelement (3) wirkt, DOLLAR A c) Ausschalten der Motoreinheit (1), wenn durch das Steuersensorelement (21) der Normalzustand erfasst wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrpedalvorrichtung, die wenigstens aufweist,

- ein Pedalelement, das in einem Gaspedaldrehpunkt gegenüber über einem Basiselement zu bewegen ist,
- wenigstens ein Rückholelement,
- wenigstens ein Dämpferelement, mit dem eine Pedalbetätigungsbewegung und eine Pedalrückbewegung des Pedalelements zu dämpfen ist, und
- eine Steuereinheit, die mit einem Sensorelement verbunden ist.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 298 05 253 U1 bekannt. Hierbei ist ein Pedalelement mit einer Kolbenstange eines Kolbens eines Hydraulikzylinders verbunden. Dessen Zylinderelement ist mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt. Über der höchsten und der niedrigsten Stellung des Kolbens ist eine Hydraulik-Leitung mit dem Zylinderelement verbunden. In der Hydraulik-Leitung ist ein Hydraulikventil angeordnet, das von einer Entscheidungslogik angesteuert wird. Die Entscheidungslogik ist als programmierbare Rechnereinheit ausgeführt. Mit der Mikrorechnereinheit ist ein Entfernungssensor verbunden. In Abhängigkeit von der vom Sensor ermittelten Entfernung wird das Ventil angesteuert und der Durchfluss des Hydrauliköls damit geregelt.
Auch wenn die Betätigung des Fahrpedalelements durch die Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit des Hydrauliköls mit Hilfe des Ventils erschwert wird, reicht das gleichmäßige Ansteigen der notwendigen Kraftanstrengung nicht aus, um den Fahrzeugführer auf eine Gefahrensituation aufmerksam zu machen. Außerdem ist der Aufbau des Fahrpedals mit dem steuerbaren Hydraulikzylinder zu aufwendig.
Es stellt sich deshalb die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art weniger aufwendig und effektvoller aufzubauen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,

- daß eine Motoreinheit vorgesehen ist, deren Rotoreinheit mit dem Pedalelement und deren Statoreinheit mit der Basiseinheit verbunden ist,
- daß die Motoreinheit an der Steuereinheit angeschlossen ist, und
- daß die Steuereinheit die Motoreinheit wie folgt steuert:
- a) Erfassen eines Zustandes durch das Steuersensorelement, der von einem vorgegebenen Normalzustand ab weicht,
- b) Einschalten der Motoreinheit, der eine Motorgegenkraft erzeugt, die der Dämpfungskraft des Dämpferelements hinzuaddiert auf das Pedalelement wirkt,
- c) Ausschalten die Motoreinheit, wenn durch das Steuersensorelement der Normalzustand erfasst wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Motoreinheit der Fußbetätigungskraft des Fahrzeugführers ruckartig eine Gegenkraft entgegengesetzt wird. Hierdurch wird der Fahrzeugführer auf eine Gefahrensituation aufmerksam gemacht und kann entsprechend reagieren. Wird die Motoreinheit wieder ausgeschaltet, ist die Gegenkraft ebenso ruckartig nicht mehr vorhanden. Hierdurch wird der Fahrzeugführer darauf aufmerksam gemacht, dass die Gefahrensituation bereinigt ist.
Die Rotoreinheit der Motoreinheit kann mit dem Pedalelement und die Statoreinheit der Motoreinheit mit der Basiseinheit über Zwischengliederlemente verbunden sein. Die Zwischengliederelemente können Seilzüge, Getriebe oder dgl. sein.
Die Motoreinheit kann ein Torquemotor sein, der im Gaspedaldrehpunkt angeordnet ist, wobei dessen Rotoreinheit mit dem Pedalelement verbunden und dessen Statoreinheit in der Basiseinheit angeordnet ist. Der Torquemotor ist als Motor ohne Zwischengetriebe einsetzbar. Durch das Einbauen des Torquemotors zum einen im Gaspedaldrehpunkt und zum anderen direkt in die Basiseinheit wird dessen Wirksamkeit verstärkt und der Gesamtaufbau des Fahrpedals vereinfacht.
Das Steuersensorelement kann als Sensor für verschiedene Gefahren ausgebildet sein. So kann das Steuersensorelement ein Geschwindigkeitssensor, ein Abstandssensor, ein Temperatursensor, oder dergleichen sein. Es ist auch möglich, alle Sensorausführungen mit der Steuereinheit zu verbinden. Hierdurch erhöht sich der Komfort des intelligenten Fahrpedals.
Die Steuereinheit kann eine Mikrorechnereinheit mit einem E²PROM-Speicher zur Eingabe des Normalzustandes sein. Der E²PROM stellt einen Festwertspeicher dar, der hinsichtlich der Überschreibbarkeit die Eigenschaften eines ROM's hat. Hierdurch ist es möglich, die unterschiedlichen Normalzustände einzugeben. Hinsichtlich des Herauslesens des eingeschriebenen Wertes für den Normalzustand verhält sich der E²PROM wie ein Festwertspeicher, hingegen des Einschreibens der unterschiedlichen Normalzustände wie ein RAM.
Die Normalzustände können

- eine vorgeschriebene Höchstgeschwindigkeit,
- ein vorgeschriebener Sicherheitsabstand,
- eine Eisbildungstemperatur oder dergleichen sein.

Die Normalzustände sind nicht auf die drei angegebenen begrenzt.
Die Basiseinheit kann eine Bodenplatte der Fahrpedalvorrichtung sein.
Das Pedalelement kann aus einem Pedalhebelelement und einem Fahrpedalelement bestehen. Dabei kann das Pedalhebelelement mit der Bodenplatte verbunden sein und sich in einem Gaspedaldrehpunkt bewegen. Das Fahrpedalelement kann mit dem Pedalhebelelement verbunden sein und sich in einem Fahrpedaldrehpunkt bewegen. Hierdurch ist eine komfortable Bedienung möglich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Fahrpedal mit eingebautem Torquemotor in einer schematisch dargestellten Seitenansicht,
Fig. 2 ein Fahrpedal gemäß Fig. 1 in einer schematisch dargestellten Seitenansicht,
Fig. 3 ein Fahrpedal mit Torquemotor gemäß Fig. 2 in einer auseinandergezogenen schematischen Darstellung,
Fig. 4a einen Torquemotor gemäß den Fig. 1 bis 3 in einer schematisch perspektivischen Darstellung,
Fig. 4b einen Torquemotor gemäß Fig. 4a mit einem abgenommenen Gehäuseelement in einer schematischen, perspektivischen Darstellung,
Fig. 4c einen Torquemotor gemäß Fig. 4b in einer schematischen, auseinandergezogenen, perspektivischen Darstellung und
Fig. 5 einen Verlauf eines Pedalwegs eines betätigten Fahrpedalelements mit Torquemotor in Abhängigkeit vom Weg.
In den Fig. 1 bis 3 ist ein intelligentes Fahrpedal dargestellt.
Es besteht aus einer Bodenplatte 4, in dessen Gaspedaldrehpunkt 2 ein Pedalhebelelement 5 beweglich angeordnet ist. Mit dem Pedalhebelelement ist über einen Fahrpedaldrehpunkt 8 ein Fahrpedalelement 6 beweglich verbunden. Das Ende des Fahrpedalelements 6 ist über ein Gliederkoppelelement 13 mit dem Basiselement 4 verbunden. Hierdurch wird gesichert, dass das Fahrpedalelement 6 immer lagegerecht gegenüber dem Fuß des Fahrzeugführers positioniert wird. Mit Hilfe zweier Rückholelemente 11, 12, wird das Pedalhebelelement 5 und damit das Fahrpedalelement 6 immer in die Ausgangsstellung gestellt.
Zwei Dämpferelemente 9, 10 sorgen dafür, dass die Betätigung des Pedalhebelelements mit Hilfe des Fahrpedalelements 6 gedämpft wird. Die beiden Dämpferelemente erzeugen eine Dämpfungskraft F9, 10, die der Betätigungsbewegung des Fahrzeugführers, wie Fig. 5 zeigt, entgegenwirkt. Durch die Bremskraft der Dämpferelemente 9, 10 ist die Kurve F9, 10 leicht gewölbt.
Die beiden Dämpferelemente 9, 10 können als Bremsseile ausgeführt werden, die über rauhe Oberflächen geführt werden, die in sich unterschiedliche Rauhigkeiten haben können.
Es ist ein Torquemotor 1 vorgesehen, der im Gaspedaldrehpunkt 2 angeordnet ist. Hierdurch kann er am Besten seine Wirkung entfalten. Der Torquemotor hat den Vorteil, dass er ohne ein Übersetzungsgetriebe eingesetzt werden kann.
Darüber hinaus ist der Torquemotor im Inneren der Basisplatte 11 angeordnet ist. Hierdurch wird eine Beschädigung des Torquemotors beim Betätigen des Fahrpedals durch den Fuss des Fahrers vermieden.
Der Torquemotor ist in den Fig. 4a bis 4b gezeigt. Er weist als Rotoreinheit einen ringförmigen, genuteten Torquemotorrotor 16 mit großem Durchmesser auf. An dem Rotor 16 ist ein Pedalzapfen 15 angeordnet. Mit diesem Zapfen wird der Rotor mit dem Pedalhebelelement 5 verbunden.
Links und rechts des Rotors 16 ist jeweils eine Statorhälfte 17.1, 17.2 eingeordnet. Mit Hilfe einer Motorachse 18 bewegt sich der Rotor 16 in den beiden Statorhälften.
Zusammengeschoben ist der Torquemotor 1 in Fig. 4b gezeigt.
Wie Fig. 4a zeigt, ist über die beiden Statorhälften, bis zum Punkt 1, bis zum Punkt 2, wenigstens teilweise ein Gehäuseelement 19 geschoben. In das Gehäuseelement 19 ist eine Schlitzausnehmung 20 eingebracht, in der sich der Pedalzapfen 15 entsprechend frei bewegen kann.
Der Drehzahlbereich des Torquemotors 1 liegt zwischen 1 min^-1 und ca. 1.200 min^-1 und eignet sich bei hohen Drehmomenten für einen Direktanschluss ohne Zwischengetriebe.
Der Torquemotor 1 ist mit einer Mikrorechnereinheit 14 mit einem E²PROM verbunden. An der Mikrorechnereinheit 14 ist darüber hinaus ein Steuersensorelement 21 angeordnet. Das Steuersensorelement 21 kann als Geschwindigkeitssensor, Abstandssensor, Temperatursensor oder dergleichen ausgebildet sein.
Die Arbeitsweise des intelligenten Fahrpedals, wie sie sich aus dem dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt, sei erläutert.
Durch Betätigen des Fahrpedalelements 6 wird in einem Fahrzeug durch einen Fahrzeugführer das Pedalhebelelement 5 betätigt. Die beiden Dämpferelemente 9, 10 setzen dieser Bewegung eine Dämpfungskraft F9, 10 entgegen, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Das heißt, je stärker und intensiver das Fahrpedalelement 6 und damit das Pedalhebelelement 5 betätigt wird, umso größer ist die Dämpfungskraft F9, 10.
Bevor der Fahrzeugführer die Autobahn befährt, hat er die vorgeschriebene Richtgeschwindigkeit von 130 km/h in den E²PROM eingegeben. Die mit ihm fahrenden Fahrzeuge verleiten ihn dazu, die vorgeschriebene Höchstgeschwindigkeit von 130 km/h als Normalzustand zu überschreiten. Das Steuersensorelement erfasst dies Überschreitung und gibt sie an die Mikrorechnereinheit 14 weiter. Die Mikrorechnereinheit 14 vergleicht den Ist- mit dem Normwert und veranlasst die sofortige Einschaltung des Torquemotors 1. Der Torquemotor 1 entwickelt eine Torquemotorkraft F1, die wie Fig. 5 zeigt, gradlinig ansteigend wirkt.
Durch das ruckartige Ansteigen der Dämpfungskraft, die jetzt aus der Torquemotorkraft F1 plus Dämpfungskraft F9, 10 besteht, wird der Fahrzeugführer sehr unsanft auf die Überschreitung des Normalzustandes aufmerksam gemacht. Läßt er dennoch nicht von der weiteren Betätigung des Fahrpedalelements und damit des Pedalhebelelements 5 ab, muss er die Summe beider Kräfte F1 plus F9, 10 überwinden.
Das führt dazu, dass er nach kurzer Zeit den Fuß vom Fahrpedalelement 5 herunternimmt. Damit verringert sich zwangsläufig die Geschwindigkeit. Das Steuersensorelement erfasst diese Änderung. Sobald der Normalzustand wieder erreicht ist, wird der Torquemotor abgeschaltet und die beiden Dämpferelemente 9, 10 wirken der Betätigungskraft entgegen.
Wird der Fuß vollständig vom Fahrpedalelement 6 genommen und damit das Pedalhebelelement 5 durch die beiden Rückholelemente, die als Federn ausgestaltet sind, zurückgestellt, wirkt die Dämpfungskraft F9, 10 der beiden Dämpferelemente dieser Rückholbewegung nur teilweise entgegen, so dass sich ein Kurvenverlauf ergibt, der durch die Pedalrückbewegung R3 in Fig. 5 dargestellt ist. Bezugszeichenliste 1 Torquemotor
2 Gaspedaldrehpunkt
3 Pedalelement
4 Bodenplatte
5 Pedalhebelelement
6 Fahrpedalelement
8 Fahrpedaldrehpunkt
9, 10 Dämpferelement
11, 12 Rückholelement
13 Gliederkoppelelement
14 Mikrorechnereinheit
15 Pedalzapfen
16 Torquemotorrotor
17.1, 17.2 Statorhälfte
18 Motorachse
19 Gehäuseelement
20 Schlitzausnehmung
21 Steuersensorelement
F9, 10 Dämpfungskraft
F1 Torquemotorkraft
B3 Pedalbetätigungsbeweung
R3 Pedalrückbeweung

Claims

1. Fahrpedalvorrichtung, die wenigstens aufweist,
ein Pedalelement (3), das in einem Gaspedaldrehpunkt (2) gegenüber über einem Basiselement (4) zu bewegen ist,
wenigstens ein Rückholelement (11, 12),
wenigstens ein Dämpferelement (9, 10), mit dem eine Pedalbetätigungsbewegung (B3) und eine Pedalrückbewegung (R3) des Pedalelements (3) zu dämpfen ist, und
eine Steuereinheit (14), die mit einem Sensorelement (21) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Motoreinheit (1) vorgesehen ist, deren Rotoreinheit (16) mit dem Pedalelement (3) und deren Statoreinheit (17.1, 17.2) mit der Basiseinheit (4) verbunden ist,
daß die Motoreinheit (1) an der Steuereinheit (14) angeschlossen ist, und
daß die Steuereinheit (14) die Motoreinheit (1) wie folgt steuert:

a) Erfassen eines Zustandes durch das Steuersensorelement (21), der von einem vorgegebenen Normalzustand abweicht,

b) Einschalten der Motoreinheit (1), die eine Motorgegenkraft (F1) erzeugt, die der Dämpfungskraft (F9, 10) des Dämpferelements (9, 10) hinzuaddiert auf das Pedalelement (3) wirkt,

c) Ausschalten der Motoreinheit (1), wenn durch das Steuersensorelement (21) der Normalzustand erfasst wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoreinheit (16) der Motoreinheit (1) mit dem Pedalelement (3) und die Statoreinheit (17.1, 17.2) der Motoreinheit (1) mit der Basiseinheit (4) über Zwischengliederlemente verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Motoreinheit ein Torquemotor (1) ist, der im Gaspedaldrehpunkt angeordnet ist, wobei dessen Rotoreinheit (16) mit dem Pedalelement (3) verbunden und dessen Statoreinheit (17.1, 17.2) in der Basiseinheit (4) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersensorelement (21) ein Geschwindigkeitssensor, ein Abstandssensor, ein Temperatursensor oder dergleichen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eine Mikrorechnereinheit (14) mit einem E²PROM-Speicher zur Eingabe des Normalzustandes ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Normalzustand
eine vorgeschriebene Höchstgeschwindigkeit,
ein vorgegebener Sicherheitsabstand,
eine Eisbildungstemperatur oder dergleichen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit eine Bodenplatte (4) ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Pedalelement (3) aus einem Pedalhebelelement (5) und einem Fahrpedalelement (6) besteht, wobei das Pedalhebelelement (5) mit der Bodenplatte (4) verbunden und im Gaspedaldrehpunkt (2) zu bewegen ist, und wobei das Fahrpedalelement (6) mit dem Pedalhebelelement (5) verbunden und in einem Fahrpedaldrehpunkt (8) zu bewegen ist.