DE10318883A1

DE10318883A1 - Gaspedalmodul für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10318883A1
Application number: DE2003118883
Authority: DE
Inventors: Jan Schmidt; Klaus Nicolai
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2004-11-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gaspedalmodul (1), umfassend ein Pedal (2), einen Pedalwertgeber, mittels dessen die Pedalstellung ermittelbar ist, eine Auswerteelektronik, die mit dem Spannungssignal des Pedalwertgebers beaufschlagbar ist, sowie einen vom Ausgangssignal der Auswerteelektronik gesteuerten Aktuator, wobei die Auuswerteelektronik für die Ausgangsspannung U¶o¶ im Verhältnis zur Eingangsspannung U¶i¶ eine Hysterese realisiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gaspedalmodul gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 35 10 176 A1 ist ein elektronisches Gaspedal für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem das Gaspedal mit einem Sollwertgeber verbunden ist. Der Sollwertgeber bestimmt aus der Stellung des Gaspedals einen Sollwert für die Öffnung der Drosselklappe. Dieser Sollwert wird an einen Rechner geleitet. Gleichzeitig erhält der Rechner von einem Istwertgeber, der mit der Drosselklappe verbunden ist, eine Information über den tatsächlichen Öffnungszustand der Drosselklappe. Aus der Differenz zwischen Sollwert und Istwert berechnet der Rechner, wie weit die Drosselklappe geöffnet oder geschlossen werden muss, was dann über einen Stellmotor geschieht.

Aus der US 5,937,707 ist ein elektronisches Gaspedal bekannt, dass über ein mechanisches Reibelement verfügt. Mit Hilfe dieses Reibelements wird das Problem gelöst, dass die Steuerung der Drosselklappe durch ein elektronisches Gaspedal sehr empfindlich ist und schon kleine Schwankungen der Pedalkraft zu einer Verstellung der Drosselklappe führen. Dies macht das Fahren mit konstanter Geschwindigkeit praktisch unmöglich. Durch das Reibelement wird hingegen eine mechanische Hysterese realisiert. Dies bedeutet, dass erst bei Veränderungen der Pedalkraft über einem bestimmten Wert eine Änderung des Pedalweges, d.h. eine Bewegung des Pedals, eintritt. Bei einer Kraftänderung unterhalb dieses Werts verändert sich die Pedalstellung nicht, da eine so geringe Kraftänderung nicht ausreicht, um die Haftreibung des Reibelements zu überwinden.

Aus der DE 199 37 179 A1 ist ein Fahrpedalmodul bekannt, in dem das einfache Reibelement durch eine Anordnung aus voneinander entkoppelten Bauteilen ersetzt ist. Dabei handelt es sich um ein Reibsegment mit Reibfläche, ein Reibelement mit Reib- und Andruckfläche und um eine Federaufnahme mit Gegenfläche. Diese Anordnung ermöglicht es, durch Änderung der Geometrie das Reibungsverhalten und damit die Gestalt der Hysteresekurve zu beeinflussen. Es ist allerdings ein Nachteil sämtlicher Anordnungen mit einem Reibelement, dass das Reibelement ein zusätzliches Bauteil darstellt, das zusätzlichen Bauraum erfordert und ein zusätzliches Gewicht mit sich bringt.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein elektronisches Gaspedalmodul zu schaffen, bei dem die Hysterese mit möglichst geringem zusätzlichem Gewicht und Bauraum realisiert ist.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich aus den Gegenständen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Dazu wird die Hysterese in der Auswerteelektronik des Gaspedalmoduls realisiert. Der Pedalwertgeber, der die Stellung des Pedals ermittelt, liefert an die Auswerteelektronik eine Eingangsspannung. Diese Eingangsspannung wird in der Auswerteelektronik zu einer Ausgangsspannung verarbeitet, die an einen Aktuator, beispielsweise den Stellmotor einer Drosselklappe weitergeleitet wird. Zur Realisierung der Hysterese geschieht diese Verarbeitung derart, dass erst ab einem bestimmten Wert der Änderung der Eingangsspannung eine Änderung der Ausgangsspannung erfolgt. Dadurch muss sich die Pedalkraft erst um einen bestimmten Betrag ändern, um beispielsweise die Öffnung der Drosselklappe zu verändern. Der Effekt dieser Anordnung ist der gleiche wie bei der mechanischen Hysterese mit einem Reibelement. Da das Reibelement hierbei aber entfällt, entfällt auch das zusätzliche Gewicht und der zusätzliche Raumbedarf. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass das Hystereseverhalten der Elektronik langfristig konstant ist, während ein Reibelement einem Verschleiß unterliegt, der im Laufe der Zeit das Hystereseverhalten ändert.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteelektronik als Mikrocontroller ausgebildet. Damit ist diese Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zu einem mechanischen Reibelement sehr Platz sparend.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Verarbeitung der Eingangsspannung zur Ausgangsspannung durch einen adaptiven Regelalgorithmus.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Hysterese frei einstellbar, d.h. die Enge der Hysteresekurve kann durch den Fahrer eingestellt werden. Dadurch kann die Empfindlichkeit des Gaspedals dem Fahrzeugtyp und den Fahrerwünschen angepasst werden, je nachdem, ob ein ruhiges oder ein sportliches Fahrverhalten gewünscht wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Auswertung in das Motorsteuergerät verlegt. Dadurch kann die Konstruktion des Gaspedalmoduls auf das Pedal und den Pedalwertgeber begrenzt werden, was die Teilevielfalt reduziert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:
1 den Aufbau eines Gaspedalmoduls mit Reibelement (Stand der Technik),
2 eine Darstellung des Zusammenhangs zwischen Pedalkraft und Pedalweg ohne Hysterese (Stand der Technik),
3 die Hysteresekurve eines Gaspedalmoduls mit Reibelement (Stand der Technik) und
4 die Hysteresekurve eines Gaspedalmoduls mit elektronischer Hysterese.
In der 1 ist schematisch der Aufbau eines Gaspedalsmoduls 1 mit mechanischer Hysterese entsprechend dem Stand der Technik dargestellt. Das Gaspedalmodul 1 umfasst ein Pedal 2, das an einer Achse 3 beweglich gelagert ist. Der Fahrer des Kraftfahrzeugs bedient das Gaspedalmodul 1, indem er mit dem Fuß eine Pedalkraft F_P auf das Pedal 2 ausübt. Das Ausüben der Pedalkraft F_P führt zu einer Änderung des Pedalweges s_P. Der Pedalweg s_P wird von einem hier nicht dargestellten Pedalwertgeber registriert und an eine Auswerteelektronik weitergeleitet. Darüber hinaus umfasst das Gaspedalmodul 1 ein Reibelement 4, das der Pedalkraft F_P eine Reibungskraft F_R entgegensetzt. Je nachdem, in welchem Bewegungszustand sich das Pedal 2 befindet, handelt es sich dabei um Haftreibung oder Gleitreibung. Der Zweck des Reibelements 4 wird im Folgenden näher erläutert.
In der 2 ist der Zusammenhang zwischen der Pedalkraft F_P und dem Pedalweg s_P dargestellt, wie er ohne Reibelement aussähe. Dieser Zusammenhang ist linear. Schwankt nun der Wert der Pedalkraft F_P um einen Betrag ΔF_n um den Wert F_n, so schwankt gleichzeitig der Wert des Pedalweges s_P um den Betrag Δs_n um den Wert s_n. Da die Auswerteelektronik die Drosselklappe nach den vom Pedalwertgeber registrierten Werten des Pedalweges s_P steuert, führt dies auch zu Schwankungen in der Öffnung der Drosselklappe. Daher ist mit einem solchen Gaspedalmodul ein Fahren mit konstanter Geschwindigkeit praktisch unmöglich.
In der 3 ist die Lösung dieses Problems mittels des Reibelements 4 (s. 1) gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Vor dem Treten des Pedals 2 befindet es sich am Punkt 11. Wird nun die Pedalkraft F_P erhöht, muss erst die Haftreibung des Reibelements 4 überwunden werden. Dies führt dazu, dass sich das Pedal 2 bis zum Punkt 12 trotz aufgewendeter Pedalkraft F_P nicht bewegt. Erst wenn die Pedalkraft F_P über den Punkt 12 hinaus erhöht wird, geht das Reibelement 4 von der Haftreibung in die Gleitreibung über, und das Pedal 2 bewegt sich, was im Diagramm zu einer Änderung des Pedalweges s_P bis zum Punkt 13 führt. Wird nun am Punkt 13 die Pedalkraft F_P reduziert, hat dies zunächst wegen der Haftreibung des Reibelements 4 keine Änderung des Pedalweges s_P zur Folge. Erst am Punkt 14 geht das Reibelement 4 von der Haftreibung in die Gleitreibung über, und das Pedal 2 bewegt sich. Diese Hysterese hat zur Folge, dass das Gaspedalmodul 1 weniger empfindlich gegen Schwankungen der Pedalkraft F_P ist. Befindet sich das Pedal 2 z.B. an der Stelle s_n, so führt eine Schwankung der Pedalkraft F_P um den Betrag ΔF_n wegen der Haftreibung des Reibelements 4 nicht zu einer Bewegung des Pedals 2. Daher ist ein Fahren mit gleich bleibender Geschwindigkeit möglich. Allerdings besitzt das Reibelement 4 den Nachteil, zusätzlichen Bauraum zu benötigen und das Gewicht des Gaspedalmoduls zu erhöhen. Des Weiteren tritt das Problem auf, dass die Breite der Hysteresekurve über die Lebensdauer des Reibelements 4 nicht konstant ist. Durch Verschleiß nimmt die Haftreibung ab, und die Hysteresekurve wird enger.
In der 4 ist die erfindungsgemäße Lösung des Problems dargestellt. Die Hysterese wird nun nicht mehr mechanisch durch ein Reibelement 4 (s. 1) realisiert, sondern elektronisch in der Auswerteelektronik. Der Pedalwertgeber des Pedals 2 liefert an die Auswerteelektronik eine Eingangsspannung U_i, die linear mit dem Pedalweg s_P zusammenhängt. Die Auswerteelektronik wandelt die Eingangsspannung U_i in eine Ausgangsspannung U_o um, die die Drosselklappe steuert. Die Auswerteelektronik ist mit einem adaptiven Regelalgorithmus programmiert, der die Hysterese simuliert. Wird von Punkt 21 an die Pedalkraft F_P erhöht, verändert sich, wie in 2 dargestellt, der Pedalwert s_P und damit die Eingangsspannung U_i. Die Auswerteelektronik ist so programmiert, dass sich die Ausgangsspannung U_o und damit die Öffnung der Drosselklappe bis zum Punkt 22 nicht ändert. Erst wenn die Eingangsspannung U_i über den Punkt 22 hinaus steigt, steigt auch die Ausgangsspannung U_o. Wird am Punkt 23 die Pedalkraft F_P reduziert, ändert sich auch der Pedalweg s_P, und die durch den Pedalwertgeber an die Auswerteelektronik gelieferte Eingangsspannung U_i sinkt. Durch die Programmierung der Auswerteelektronik ändert sich die Ausgangsspannung U_o jedoch bis zum Punkt 24 nicht. Erst wenn die Eingangsspannung U_i weiter sinkt, sinkt auch die Ausgangsspannung U_o. Dies hat zur Folge, dass eine Schwankung der Pedalkraft F_P zwar zu einer Schwankung des Pedalweges s_P und damit zu einer Schwankung der Eingangsspannung U_i um den Betrag ΔU_i,n führt, nicht aber zu einer Schwankung der Ausgangsspannung U_o. Die Öffnung der Drosselklappe bleibt damit unverändert. Der Effekt dieser Signalverarbeitung ist daher der gleiche wie der der mechanischen Hysterese durch das Reibelement 4. Da die Hysterese aber in der Elektronik realisiert ist, entfällt das zusätzliche Gewicht durch das Reibelement 4. Darüber hinaus entfällt auch die zeitliche Änderung des Hystereseverhaltens durch Verschleiß. Durch die elektronische Realisierung der Hysterese kann auch die Enge der Hysteresekurve einstellbar gestaltet werden, d.h. die Differenz ΔU_i,n, um die die Eingangsspannung U_i verändert werden muss, um eine Änderung der Ausgangsspannung U_o zu bewirken, kann vom Fahrer eingestellt werden. Dies führt je nach Fahrerwunsch zu einem ruhigen oder sportlichen Fahrverhalten des Fahrzeugs.

Claims

Gaspedalmodul (1), umfassend ein Pedal (2), einen Pedalwertgeber, mittels dessen die Pedalstellung ermittelbar ist, eine Auswerteelektronik, die mit dem Spannungssignal des Pedalwertgebers beaufschlagbar ist, wobei das Ausgangssignal der Auswerteelektronik einem Aktuator zur Steuerung zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik für die Ausgangsspannung U_o im Verhältnis zur Eingangsspannung U; eine Hysterese realisiert.
Gaspedalmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik als Mikrocontroller ausgebildet ist.
Gaspedalmodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitung der Eingangsspannung U_i in der Auswerteelektronik mittels eines adaptiven Filteralgorithmusses erfolgt.
Gaspedalmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enge der Hysteresekurve einstellbar ist.
Gaspedalmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik in einem Motorsteuergerät angeordnet ist.