DE10230864A1

DE10230864A1 - Vorrichtung zur Steuerung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE10230864A1
Application number: DE2002130864
Authority: DE
Inventors: Bernd Piller; Achim Netz; Sighard Dr. Schräbler; Peter Stauder
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2004-02-05

Abstract

Es ist bereits bekannt, bei einem Gaspedal (1) eines Fahrzeugs die Rückstellkraft zu ändern, falls das Fahrzeug hinsichtlich eines Fahrzeug-Parameters hinreichend von dem Sollwert abweicht. Dabei kann es sich bei den Parametern um die Geschwindigkeit oder um den gemessenen Abstand zu vorausfahrenden Fahrzeugen handeln. DOLLAR A Die vorliegende Erfindung schlägt vor, die Änderung der Rückstellkraft dadurch vorzunehmen, daß die Federkonstante (c1, c2, c3, c4) der Rückstellfeder (6, 7, 10, 11) bei einer Abweichung des Istwertes von dem Sollwert sprungartig geändert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Geschwindigkeit bzw Verzögerung eines Fahrzeugs welche ein als Pedal ausgestaltetes Steuerorgan aufweist. Über das Steuerorgan insbesondere das Gas-Pedal wird in die Zufuhr von Treibstoff zu dem Motor und damit die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs gesteuert. Für eine sichere und vorschriftsmäßige Fahrweise eines Fahrzeugs ist die Einhaltung einer geeigneten und/oder vorgeschriebenen Geschwindigkeit sehr wichtig. Um die augenblickliche Geschwindigkeit eines Fahrzeugs zu erkennen, muß der Fahrer bei den bekannten Anzeigen diese an einem Tachometer ablesen. Während der Zeit, in der der Fahrer dieses Meßinstrument abliest und das Ergebnis bewertet ist es ihm nur bedingt möglich auf den Verkehr zu achten.

Bei der Gestaltung eines Anzeigesystems insbesondere der Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs ist somit darauf zu achten, daß die Ablesung einerseits und die Durchführung der eigentlichen Fahreraufgabe (Einhaltung des Kurses, der Geschwindigkeit und des Abstandes zu anderen Fahrzeugen) sich möglichst wenig gegenseitig behindern. Hierzu sollten Warnanzeigen beispielsweise hinsichtlich einer zu großen Geschwindigkeit, so auffällig und leicht interpretierbar sein wie möglich, so daß der Fahrer besonders schnell und fehlerfrei darauf reagieren kann. Die Reaktionszeit auf eine Anzeige ist um so kürzer, je kompatibler sie mit dem zu gehörigen Bedienelement ist, das heißt je höher der erkennbare Zusammenhang zwischen der Anzeige und dem Bedienelement selber ist.

Hierzu wurde aus der DE-OS 255 429 der Vorschlag bekannt, daß in Abhängigkeit von der Abweichung eines Parameter des Fahrzeugs (beispielsweise Abstand von einem anderen Fahrzeug, Abweichung von einer Sollgeschwindigkeit) eine Kraft in das die Geschwindigkeit des Fahrzeugs steuernde Pedal eingekoppelt wird. Eine derartige Funktion wird nachfolgend als Force-Feedback-Funktion bezeichnet und vielfach als FF-Funktion angegeben. Ein mit einer derartigen Funktion beaufschlagtes Pedal wird weiter unten vielfach als Force-Feedback-Pedal bzw. FFP angegeben.

In der EP-PS 709245 wird hierzu beschrieben, wie bei einer Überschreitung der Sollgeschwindigkeit durch einen Rechner gesteuert eine Kraft auf das die Geschwindigkeit steuernde Pedal ausgeübt wird die dem Druck des Fahrerfußes entgegenwirkt und so den Fahrer warnt. Darin der Fahrer hierbei das Gefühl hat, in die einer höheren Fahrgeschwindigkeit entsprechende Stellung des Gas-Pedals schon erreichte zu haben, weil ihm eine entsprechende Pedalkraft entgegenwirkt, wird in der Fahrer hierdurch quasi diszipliniert und dazu hingeführt, die vorgeschriebene oder oder die für eine sichere Fahrt geeignete Geschwindigkeit einzuhalten.

Es hat sich gezeigt, daß die bekannt gewordenen Konstruktionen recht aufwendig sind, da bei diesen regelmäßig ein zusätzlicher elektrischer Antrieb vorgesehen ist, welcher versucht das Pedal soweit zurückzustellen, bis seine Lage der vorgegebenen oder eingestellten Geschwindigkeit entspricht. Die Verwendung eines zusätzlichen Antriebs besitzt Nachteile. So muß unter anderem auch darauf geachtet werden, daß bei der Verwendung eines Elektromotors zum Aufbringen der FF-Funktion dieser nicht überlastet wird. Weiterhin muß Vorsorge dafür getroffen werden, daß unter keinen Umständen der Aktuator für die FF-Funktion bzw. die Vorrichtung selbsttätig die Geschwindigkeit des Fahrzeugs erhöhen kann und damit Gefahren verstärkt, die durch die Einrichtung gerade vermieden werden sollen.

Die Erfindung geht daher aus von einer Vorrichtung, wie sie sich aus dem Oberbegriff des Hauptanspruches ergibt und wie sie beispielsweise in 1 gezeigt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es Verbesserungen der bekannten Konstruktionen zu beschreiben, durch welche die Herstellungskosten für die Vorrichtung reduziert werden, die Zuverlässigkeit der Arbeitsweise der Vorrichtung verbessert wird und zusätzlich vorteilhafte Merkmale eingeführt werden, welche die Handhabung der Vorrichtung in der Praxis vereinfachen. Einzelheiten zu der Problematik der bekannten Vorrichtungen lassen sich auch aus der 1 im Zusammenhang mit in der zugehörigen Beschreibung entnehmen. Es ist insbesondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ohne einen zusätzlichen Elektromotor auszukommen. Vielmehr soll der Fahrer durch ein geändertes Pedalgefühl daraufhingewiesen werden, daß von dem Fahrzeug die eingestellte Geschwindigkeit überschritten wurde.

Die Aufgabe wird durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches ergebende Merkmalskombination gelöst.

Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, bei dem Überschreiten der eingestellten Geschwindigkeit das Pedalgefühl zu ändern, so daß der Fahrer davon direkt informiert wird, daß er die eingestellte Geschwindigkeit überschritten hat ohne daß er hierzu noch die Instrumententafel ablesen muß. Mehr ins einzelne gehend wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Federkonstante der die Rückstellkraft aufbringenden Federn beim Überschreiten der eingestellten Geschwindigkeit geändert wird.

Wichtig für die vorliegende Erfindung ist es auch, daß diese nicht darauf beschränkt ist, einen Fahrer auf die geeignete oder vorgeschriebene Geschwindigkeit eines Fahrzeugs hin zu führen, in dem der Fahrer bei der Betätigungskraft des Gas-Pedals vor der Überschreitung der notwendigen Geschwindigkeit gewarnt wird oder dem Fahrer der Eindruck vermittelt wird, daß Gaspedal habe schön die von ihm gewünschte (für das Fahrzeug aber nicht sinnvolle) Stellung erreicht. Vielmehr ist der Gegenstand der Erfindung auch bei der Betätigung anderer Steuerorgane des Fahrzeugs wie beispielsweise des Bremspedals vorteilhaft einsetzbar. Dabei kann die das Bremspedal bei dessen Betätigung rückstellende geänderte Kraft nicht nur von der geeigneten Betätigung der Bremse selbst (beispielsweise beim Anfahren) abhängig seien. Vielmehr kann die rückstellende gänderte Kraft am Bremspedal (oder auch am Gas-Pedal) auch durch fahrdynamische Parameter gesteuert werden wie beispielsweise bei ESP, wenn ein Fahrer zu stark bremsen will oder zu schnell in eine Kurve fahren möchte. Der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtungen wird im übrigen besonders einfach, wenn der Bremsvorgang oder die Änderung der Geschwindigkeit nicht direkt in das Pedal eingeleitet wird sondern die Pedalstellung mit Hilfe von Sensoren abgetastet wird, wie dies beispielsweise bei einem elektromechanisch oder elektrohydraulisch arbeitenden Bremssystem der Fall ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen geschrieben, die in der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen
1 einen zum Stand der Technik gehörenden Aufbau, über welchen in bekannter Weise die Rückstellkraft auf ein Pedal aufgebracht wird
2 in skizzierter Form ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Seitenansicht und
3 in skizzierter Form die Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel nach 2.
Die Realisierung der bekannten Rückstellkraft eines Pedals zeigt dem gemäß 1, bei der die Bewegung von der Trittplatte (51) eines Pedals über einen Gelenkstab (52) auf eine Kurvenscheibe (53) übertragen wird. Diese wiederum wickelt ein Seil auf, das an einer Zugfeder befestigt ist. Oft werden aus Gründen der Redundanz mehrere Seile und Zugfedern verwendet. Die Konstruktion nach 1 wird als Passives Fahrpedal bezeichnet.
Die Erfindung betrifft ein Pedal, das eine verstellbare Kraft-Weg-Kennlinie besitzt. Die in 2 und 3 auf das Pedal 1 aufgebrachte Kraft wird über ein an sich bekanntes Hebelgetriebe 2 auf eine Seilrolle 3 übertragen, die sich um den Punkt 4 dreht. Durch die sich drehende Rolle 3 wird die Pedalkraft über ein Seil 5 auf die Rückholfeder übertragen, die gemäß der Erfindung aus den in Reihe geschalteten Federn 6 und 7 gebildet ist. Die Federn 6, 7 sind über einen in axialer Richtung geführten Stab 8 miteinander verbunden. An dem Stab 8 greift eine Halteeinrichtung 9 an, welche in der Lage ist im Bedarfsfall den Stab 8 in axialer Richtung zu fixieren. Abgesehen von der Halteeinrichtung ist die ge schilderte Konstruktion in üblicher Form aufgebaut, nur daß die Rückstellfeder durch zwei in Reihe geschalteten Federn gebildet ist. Wie aus 3 ersichtlich ist der aus 2 ersichtliche Aufbau aus Sicherheitsgründen verdoppelt.
An der Rolle 3 sind aus Sicherheitsgründen also zwei Seile befestigt, die beim Treten des Pedals angezogen werden. Gegenwärtig werden bei den bekannten Konstruktionen an der Seilrolle 3 zwei parallele Spiralfedern mit gleicher Federkonstante als Rückstellfedern eingesetzt mehr die gemäß der Erfindung jeweils wieder in zwei einzelne Federn aufgeteilt sind.
In der vorliegenden Erfindung wird somit mindestens eine bekannte Spiralfeder durch eine Reihenschaltung von zwei Spiralfedern 6, 7 ersetzt. Zwischen den beiden Spiralfedern wird hier eine Linearführung 16 verwendet, die mit Hilfe einer elektrisch ansteuerbaren Klemmvorrichtung 9 (beispielsweise Elektromagnet mit Klemmkeil) blockiert werden kann. In diesem Fall ist nur noch eine Spiralfeder (z.B. Feder 6) wirksam, die Federkonstante wird erhöht.
Dieses Verfahren ist auch bei den bekannten zwei Zugseilen einsetzbar, hier müssen lediglich vier Federn (6, 7, 10,11 und zwei Klemmeinrichtungen (9, 13) eingesetzt werden. Wenn man beide Linearführungen koppelt, wäre auch eine einzige Klemmeinrichtung ausreichend. Bei der Verwendung von vier Federn und zwei getrennten Klemmvorrichtungen 9, 13 kann man jedoch mehrere Federsteifigkeiten realisieren. Hierzu wählt man unterschiedliche Federkonstanten in den beiden parallelen Aufbauten. Somit können nun vier Federsteifigkeiten erzeugt werden. In den nachfolgenden mathematischen Beziehungen sind den Federn 6, 7, 10, 11 die folgenden Federnkonstanten zugeordnet: c1, c2, c3, c4. Es lassen sich folgen de Federkonstanten berechnen.
Klemmeinrichtungen 9 und 13 geöffnet: Cges = c1⋅c2/(c1 + c2) + c3⋅c4/(c3 + c4)
Klemmeinrichtungen 9 geschlossen und 13 geöffnet: Cges = c1 + c3⋅c4/(c3 + c4)
Klemmeinrichtungen 9 geöffnet und 13 geschlossen: Cges = c1⋅c2/(c1 + c2) + c3
Klemmeinrichtungen 9 und 13 geschlossen: Cges = c1 + c3
Um die Sicherheit Zerstörung der Spiralfeder 7 oder 11 zu erhöhen, werden an den Balken 8, 11 der Linearführungen 16 jeweils ein Anschlag 15 vorgesehen.
Vorteil der Erfindung ist die Einsparung von einem Elektromotor, einem Getriebe und einer aufwendigen Elektronik mit Regelsoftware. Die Elektronik kann bis auf die Erkennung der Gaspedalstellung und der Ansteuerung der Klemmeinrichtungen (Hubmagnete) reduziert werden. Die Geräuschentwicklung (wg. Entfall von Motor und Getriebe), der Bauraum und die Stromaufnahme sind sehr gering. Die Erfindung kann sehr einfach in das bestehende Design integriert werden und vorhandene Elemente (E-Gas Potentiometer) können verwendet werden.
Die in diesem Ausführungsbeispiel getroffene Anordnung ist aber auch hervorragend geeignet den Fahrer dahin zuführen, daß er das Pedal in optimaler Weise bedient. Will beispielsweise ein Fahrer sein Fahrzeug in einer schwierigen Situation zu stark bremsen, indem er mit einer zu großen Kraft das Pedal bedient, so ist es durch eine elektronische Steuerung möglich in Abhängigkeit von den dynamischen Fahrzeugparametern die Betätigung des Pedals mit einer hemmenden oder sogar rückstellenden Kraft zu versehen, so daß dem Fahrer der Eindruck vermittelt wird, das Bremspedal habe schon die Stellung eingenommen, die seinem (das Fahrzeug gefährdenden) Eingabewunsch entspricht. Auf diese Weise kann der Fahrer zu einem disziplinierten Fahrstil angehalten werden. Die Auslösung dieses Vorgangs d. h. der Halteeinrichtung 9,13 geschieht durch das Ausgangssignal einer nicht dargestellten Steuerung, welche durch die Fahrzeug-Dynamik anzeigende Parameter angesteuert wird. Das Ausgangssignal der Steuerung kann aber auch durch extern zugeführte Signale ausgelöst werden, etwa durch eine Anordnung, die in Verbindung mit einer Geschwindigkeitsbeschränkung an einer Fahrstrecke angeordnet wird. In diesem Fall muß die Halteeinrichtung allerdings nur mit dem Gaspedal verknüpft sein, da der Fahrer nicht daran gehindert werden soll zu Bremsen sondern nur die Motorleistung zurücknehmen soll.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugparameters insbesondere der Geschwindigkeit oder der Verzögerung eines Fahrzeugs, welche ein vorzugsweise als Pedal (1) ausgestaltetes Steuerorgan aufweist, über welches der Parameter insbesondere die Antriebskraft des Fahrzeugmotors und damit die Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder die Bremskraft und damit die Verzögerung des Fahrzeugs einstellbar ist, wobei die durch eine entsprechende Betätigungskraft herbeigeführte Lageänderung des Steuerorgans gegenüber seiner Ausgangslage entgegen einer Rückstellkraft zu einer Erhöhung des Parameters insbesondere der Antriebskraft des Motors oder der Bremskraft der Bremsanlage führt, wobei bei nachlassender Betätigungskraft die Rückstellkraft das Steuerorgan in Richtung seiner Ausgangslage zurückbefördert und wobei ein Stellglied (9, 13) vorgesehen ist, welches in Abhängigkeit von einer oder mehreren vorbestimmten Meßgrößen des Fahrzeugs die Rückstellkraft ändert, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle für die Rückstellkraft aus mindestens zwei in Reihe geschalteten Kraft-Gebern (6,7) gebildet ist, welche zumindest mittelbar in Rückstellungsrichtung auf das Pedal (1) wirken, daß der dem Pedal (1) nähere Kraftgeber durch eine erste Feder (6) gebildet ist und daß das Stellglied (9, 13) durch eine Halteeinrichtung gebildet ist, die zur Änderung der auf das in Betätigungsrichtung bewegte Pedal wirksamen Rückstellkraft das dem Pedal abgewandte Ende der ersten Feder (6) festhält.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kraft-Geber eine zweite Feder (7) ist und daß die Federkonstante der erster. Feder (6) vorzugsweise größer ist als die Federkonstante der zweiten Feder (7).
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle für die Rückstellkraft mit mehr als zwei Federn (6, 7, 10, 11) versehen ist, die zueinander in Reihe und/oder parallel geschaltet sind und daß das Stellglied (9, 13) in Abhängigkeit von der erwünschten Rückstellkraft einen oder mehrere von geeigneten Verbindungspunkten der Federn festhält.