DE19836691A1 - Pedal für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Pedal, insbesondere für elektrisch betätigbare Kraftfahrzeugbremsen, mit einem in Betätigungsrichtung bewegbaren Pedalkörper 1, 1'', welcher unter der Kraftwirkung einer, der Betätigungsrichtung entgegenwirkenden Feder 10, 10', 10'' als Rückstellmittel steht. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die Pedalbetätigungscharakteristik mit einfachen Mitteln zu verbessern. Kern der Erfindung ist, daß die Feder 10, 10', 10'' vorzugsweise eine lineare Kennlinie aufweist und daß der Pedalkörper 1, 1'' Anlagemittel 11, 11', 11'' aufweist, wobei das Anlagemittel 11, 11', 11'' mindestens ein linear wachsendes Betätigungsweginkrement in progressiv wachsende Federweginkremente umsetzt und der anliegenden Feder 10, 11', 1o'' aufprägt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Pedal für ein Kraftfahrzeug. Pe­ dale sind allgemein bekannt, da sie in allen heutigen PKWs eingebaut sind. Üblicherweise sind zwei bzw. drei Pedale zur Betätigung von Gas, Bremse und Kupplung vorgesehen, letzte­ res entfällt bei Wagen mit Automatikgetriebe. Die bekannten Pedale besitzen einen in Betätigungsrichtung bewegbaren Pe­ dalkörper, welcher mittels Hebelgestängen z. B. mit einem Geberzylinder verbunden ist. Die Kraft zur Zurückstellung des Bremspedals wird bei diesen Pedalen durch eine im Inne­ ren eines Bremskraftverstärkers vorgesehene Gerätefeder er­ zeugt, welche primär dazu bestimmt ist, eine bewegliche Wand in einer Ausgangsposition zu halten (unbetätigter Zustand). Teilweise werden die Pedalstellungen auch in elektronische Signale umgesetzt, etwa beim Gaspedal eines Fahrzeugs mit Einspritzmotor oder bei einem Pedal für eine elektrisch be­ tätigbare Fahrzeugbremse. Diese Bauweise erfordert besondere Federanordnungen oder Federkennlinien, um bei einem Bremspe­ dal eine komfortable und dosierbare Betätigungscharakteri­ stik zu erreichen.

Für handelsübliche Bremspedale muß ein mechanisches Gestänge durch eine Ausnehmung in der Spritzwand, welche den Motor­ raum von dem Fahrgastraum trennt, abgedichtet hindurchge­ führt werden. Das Betätigungsgefühl, also der aufgewendete Pedalweg in Abhängigkeit von der aufgewendeten Fußkraft er­ gibt sich einerseits durch die oben genannte Rückstellfeder und durch den Bremsdruckaufbau in einem Hauptbremszylinder und die Rückwirkung der Summe der Kräfte über eine in einem Bremskraftverstärker angeordnete Reaktionsscheibe auf das Pedal.

Ein wesentlicher Nachteil derartiger, konventioneller Pedal­ einheiten ist, daß Verformungen des Vorderwagens sowie Ver­ schiebungen der im Motorraum angeordneten Aggregate bei ei­ nem Unfall vermittels der Pedalerie zu Ein- und Rückwirkun­ gen im Fußraum des Fahrers führen können. Eine Verschiebung des Pedals in den fußseitigen Überlebensraum des Fahrers kann zu folgenschweren Beinverletzungen führen.

Aus der WO 92/05482 ist bereits eine Pedaleinheit bekannt, welche eine Entkopplung des Fahrers von mechanischen Stell­ gliedern gewährleistet. Die Pedaleinheit, deren wesentliche Bauteile vorzugsweise doppelt ausgeführt sind, besitzt kei­ nen mechanischen Signalfluß zu den Aktuatoren. Weil dadurch jegliche mechanische Rückwirkung entfällt, ist eine Blatt­ feder mit progressiver Kennlinie gewissermaßen als Simula­ tor vorgesehen, welcher in Abhängigkeit von einem linear ansteigenden Betätigungsweg eine progressiv ansteigende, der Betätigung entgegenwirkende Kraft bereitstellt. Bei dieser lösung wird folglich die Federsteifigkeit im Rahmen der Be­ tätigung verändert.

Es ist ferner aus der DE 44 25 477 C2 eine Lösung mit pro­ gressiver Kraft-Wegkennlinie bekannt, welche ein progressiv wirksames Tellerfederpaket sowie Dämpfungselemente aufweist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Pedal bereit­ zustellen, welches mit einfachen Mitteln eine Anpassung an eine optimale Pedalbetätigungscharakteristik erlaubt. Folg­ lich soll eine Komfortverbesserung durchgesetzt werden. Es ist ebenfalls eine Aufgabe der Erfindung, Mittel bereitzu­ stellen, mit denen die Adaption eines weitgehend standardi­ sierten Pedals an die Erfordernisse und Besonderheiten un­ terschiedlicher Kraftfahrzeugtypen vorgenommen werden kann.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Pa­ tentanspruches 1 dadurch gelöst, daß die Feder vorzugsweise eine lineare Kennlinie aufweist und daß der Pedalkörper Anlagemittel aufweist, wobei das Anlagemittel ein linear wachsendes Betätigungsweginkrement in progressiv wachsende Federweginkremente umsetzt und der anliegenden Feder auf­ prägt.

Erfindungsgemäß übersetzt das Anlagemittel gewissermaßen den zurückgelegten, linear ansteigenden Betätigungsweg in pro­ gressiver Weise, wobei geringe, linear wachsende Betätigungs­ weginkremente in fortschreitend größere, also progressiv wachsende Federweginkremente transformiert und infolgedessen verstärkte Rückstellkraft erzeugt werden. Kurz gesagt dient das Anlagemittel also einer progressiven Wegübersetzung. Mit der Erfindung sind gesondert hergestellte Federn oder be­ sonders zusammengestellte, parallel oder in Serie geschalte­ te Federpakete obsolet. Die Erfindung erlaubt insbesondere eine einwandfreie Nachbildung der als optimal empfundenen Betätigungscharakteristik, wie sie in der Fig. 4 verdeut­ licht ist.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus Un­ teransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung und der Zeichnung hervor. Die Erfindung wird nachstehend anhand von drei Ausführungsbeispielen, welche in der Zeichnung darge­ stellt sind, näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 schematisch ein linear betätigbares Pedal gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Einzelheit eines abgewandelten Ausführungs­ beispiels der Erfindung in größerem Maßstab;

Fig. 3 ein rotatorisch angelenktes Pedal gemäß der Erfin­ dung,

Fig. 4 ein Schaubild zur Verdeutlichung gemessener Ver­ hältnisse zwischen Bremspedalweg und auf gewendeter Betätigungskraft bei bekannten, konventionellen Bremsanlagen im Verhältnis zu einer als optimal empfundenen Pedalbetätigungscharakteristik, und

Fig. 5 ein besonders stark schematisiertes Ausführungs­ beispiel zur Beeinflussung der dynamischen Betäti­ gungskraft.

Bei einer linear betätigbaren Pedalvorrichtung, insbesondere zur Verwendung bei einer Kraftfahrzeugbremse ist ein trans­ latorisch (in Betätigungsrichtung) bewegbarer Pedalkörper 1 in einem Pedalgehäuse 2 angeordnet. Der Pedalkörper 1 um­ fasst an dem fußseitigen Ende 3 eine verdickte Kappe 4, auf die die Fußkraft ausgeübt werden kann. An die Kappe 4 schließt sich ein Schaft 5 an, welcher an seinem Ende 6 von einer Rückstellfeder 7 beaufschlagt wird. Im Inneren des Pedalgehäuse 2 befindet sich ferner noch eine redundante, das heißt doppelt vorgesehene Auswerteelektronik 8 für nicht gezeichnete Pedalweggeber, deren Signale in den Auswerte­ elektroniken 8 verarbeitet, miteinander verglichen und als Stellgröße an einen vorzugsweise elektrisch oder hydraulisch betriebenen Aktuator gegeben werden.

An dem Schaft 5 des Pedalkörpers 1 ist gemäß Fig. 1 ein Ge­ häuse 9 für eine Feder 10 als Rückstellmittel vorgesehen, welche in dem Gehäuse 9 geführt angeordnet ist und deren Federweg rechtwinklig zu der Betätigungsrichtung verläuft. Die Feder 10 ist zusammen mit dem Gehäuse 9 in Betätigungs­ richtung, das heißt axial, vorzugsweise fest an dem Schaft 5 angeordnet und liegt mit einem Ende mittelbar über einen Federteller oder unmittelbar idealerweise reibungsfrei an einem Anlagemittel an. Es ist außerdem denkbar, daß das Ge­ häuse in axialer Richtung kraftschlüssig mit dem Schaft 5 verbunden ist, wobei die Kraft pedalgeschwindigkeitsabhängig proportional ansteigt. Vorzugsweise besitzt die Feder eine lineare Kraft-Weg-Kennlinie (Federkonstante). Durch Bewegung des Pedalkörpers bewegt sich die Feder 10 folglich in axia­ ler Koordinate x relativ zu dem Anlagemittel 11 und wird durch diese Axialbewegung in ihrer Länge entsprechend einer Kontur des Anlagemittels 11 in Richtung der Koordinate y gestaucht, was zu entsprechenden, der weiteren Bewegung ent­ gegehwirkenden Kräften führt, welche dem Pedalkörper 1 mit­ geteilt werden.

Das Anlagemittel 11 befindet sich, wie auch die beiden Aus­ werteelektroniken 8, an einer Innenwandung des Gehäuse 2 und ist als Nocken 12 mit einer definierten, nichtlinearen Noc­ kenkontur 13 als Anlagefläche ausgebildet. Bei einer axialen Verschiebung des Pedalkörpers 1 übersetzt das Anlagemittel 11 ein linear anwachsendes Betätigungsweginkrement in Rich­ tung x-Koordinate derart daß der Feder 10 ein progressiv wachsendes Federweginkrement in Richtung y-Koordinate aufge­ prägt wird und die Feder 10 infolgedessen dem weiteren Pe­ dalvorschub eine progressiv anwachsende Kraft entgegensetzt. Selbstverständlich zeigt die Figur nur ein Ausführungsbei­ spiel und es versteht sich, daß die Feder 10 als alleiniges Rückstellmittel vorgesehen sein kann, wenn eine kostengün­ stige Lösung favorisiert wird. Aus Gründen der Funktions­ sicherheit kann es jedoch angezeigt sein, zwei redundante Rückstellfedern vorzusehen, damit bei einem Federbruch zu­ mindest noch ein Rückstellmittel vorgesehen ist, welches das Pedal in eine Ruhelage verschwenkt beziehungsweise hält. Bezüglich der Kontur der Nockenfläche ist noch zu bemerken, daß nicht nur der zurückgelegte Hub in y-Richtung bei der Reaktionskrafterzeugung eine Rolle spielt, sondern auch die Steigung, das heißt die mathematische Ableitung in dem je­ weiligen Punkt.

Die in Fig. 2 schematisch gezeichneten Einzelheiten eines anderen Ausführungsbeispiels folgen dem selben Prinzip, wo­ bei jedoch die kinematischen Verhältnisse bezüglich Fig. 1 umgekehrt worden sind. Mit Fig. 1 übereinstimmende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen und zusätzlich mit einem Strich versehen. Im Unterschied zu der Ausführungsform wie in Fig. 1 ist die Feder 10' gehäusefest angeordnet und das Anlagemittel 11' an dem Schaft 5' des Pedalkörpers be­ festigt. Bei dieser Variante der Erfindung führt also eine aktive Verschiebung des Anlagemittels 11' und nicht der Fe­ der 10' zu einer entsprechenden Verkürzung oder Verlängerung der Feder 10' und einer entsprechend progressiv vergrößerten oder verkleinerten Rückstellkraft. Die Koordinatenrichtungen x und y sind wie in Fig. 1 erkennbar. Im Einzelnen zeigt Fig. 2 eine Rolle oder Walze 20, welche drehbar an einem Federteller 21 gelagert ist, so daß sie quasi reibungsfrei auf der Nockenkontur 13' abrollt und über dieselbe zwangs­ geführt ist. Der Federteller 21 ist mit in Federrichtung wirksamen Führungsmitteln 22, beispielsweise mit telesko­ pierbaren Stangen 23, 24 an dem Gehäuse 2' befestigt und wird unter der Wirkung der Federvorspannkraft permanent in Anlage an der Nockenkontur 13' gehalten.

Es versteht sich, daß die Merkmale der Führung und Anordnung des Federtellers 21 grundsätzlich auch auf die Ausführungs­ formen gemäß Fig. 1 oder Fig. 3 übertragbar ist, ohne den grundsätzlichen Erfindungsgedanken zu verlassen.

Fig. 3 zeigt im Prinzip ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Anwendung bei einem rotatorisch bewegbaren, an einem sogenannten Pedalbock 30 angelenkten Pedal. Die federbezogenen Merkmale und der Federteller stimmen hierbei Im wesentlichen-mit den oben beschriebenen Merkmalen überein und sind mit gleichen Bezugsziffern und zusätzlich zwei Strichen gekennzeichnet. Die Feder 10'' ist mit einem Ende an dem Pedalbock 30 fest abgestützt und das Anlagemittel 11'' samt Nockenkontur 13'' befindet sich an dem Schaft 5'' des Pedalkörpers 1'' weitgehend rechtwinklig zu einer Achse 31 durch den pedalbockseitigen Drehpunkt 32 und weitgehend rechtwinklig zu dem Schaft 5'' des Pedalkörpers 1''.

Bei einer besonders bevorzugten, nicht gezeichneten Variante der Erfindung ist das Anlagemittel 11, 11', 11'' mit seiner Nockenkontur 13, 13', 13'' lösbar an dem Pedalkörper 1, 1', 1'' oder an dem Gehäuse 2, 2' befestigbar, so daß ein einfacher Austausch der Nockenkontur 13, 13', 13'' und infolgedessen eine Abänderung bezüglich der gewünschten Progressivität der Rückstellkraft vorgenommen werden kann.

Schließlich verdeutlicht Fig. 4 das Verhältnis zwischen dem zurückgelegten Pedalweg im Bereich der verdickten Kappe und der Betätigungskraft, also der Kraft, welche vom Fahrzeug­ führer als sogenannte Fußkraft aufgewendet werden muß. Eine als optimal angesehene Kennlinie, welche ein komfortables Betätigungsgefühl vermittelt, ist in der Figur entsprechend gekennzeichnet. Die übrigen, mit den römischen Ziffern I bis V gekennzeichneten Kennlinien repräsentieren konkrete Meß­ ergebnisse bei verschiedenen konventionellen Bremspedalan­ ordnungen, wie sie in marküblichen Fahrzeugen namhafter Eu­ ropäischer Fahrzeughersteller eingebaut sind. Keine der ge­ messenen Kennlinien stimmt mit der optimalen Kennlinie über­ ein. Zwar ist bereichsweise eine Annäherung an die optimale Charakteristik festzustellen, aber zumindest im mittleren Kraftbereich herrschen erhebliche Abweichungen dergestalt vor, daß für die gewünschte Kraft zu große Wege aufgewendet werden müssen. Mit anderen Worten reagiert die Bremsanlage in diesem Betriebsbereich zu "weich", gibt also zu sehr un­ ter der Fußkraft nach, ohne entsprechende Kraft bereitzu­ stellen. Die Erfindung erlaubt erstmals eine Nachbildung der optimalen Bremsbetätigungscharakteristik insbesondere zur Verwendung bei elektrisch betätigbaren Fahrzeugbremsen, weil die Nockenkontur einfach und frei eingestellt werden kann, insbesondere maßstabsgerecht von der als optimal angesehenen Kennlinie übernommen werden kann und unabhängig von einer Federkennlinie ist.

Fig. 5 zeigt in stark schematisierter Form ein Ausführungs­ beispiel, mit dem auch der dynamische Betätigungskraftanteil beeinflußt und auch mit einfachen Mitteln eingestellt werden kann. Die teleskopierbare Stange 24''' ist verbunden mit dem Gehäuse 40 eines Dämpfers 45. Dieses Gehäuse 40 überträgt die Strömungskräfte, die bei der Bewegung des Kolbens 50, der fest mit dem Schaft 5''' verbunden ist, relativ zu dem Gehäuse 40 erzeugt werden, an das Progressionselement 41. Damit werden die dynamischen Kräfte der Betätigung über das Anlagemittel 11''' wegabhängig. Es ist folglich auf einfache Weise eine wegabhängige Dämpfung dargestellt.

Claims (7)

1. Pedal, insbesondere für elektrisch betätigbare Kraft­ fahrzeugbremsen, mit einem in Betätigungsrichtung be­ wegbaren Pedalkörper (1, 1''), welcher unter der Kraft­ wirkung einer, der Betätigungsrichtung entgegenwirken­ den Feder (10, 10', 10'', 10''') als Rückstellmittel steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (10, 10', 10'', 10''') vorzugsweise eine lineare Kennlinie aufweist und daß der Pedalkörper (1, 1'') Anlagemittel (11, 11', 11'', 11''') aufweist, wobei das Anlagemittel (11, 11', 11'', 11''') mindestens ein linear wachsendes Betätigungsweginkre­ ment in progressiv wachsende Federweginkremente um­ setzt und der anliegenden Feder (10, 11', 10'', 10''') auf­ prägt.

2. Pedal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Anlagemittel (11, 11', 11'', 11''') ein Nocken (12, 12', 12'') mit definierter, nichtlinearer Nockenkontur (13, 13', 13'') vorgesehen ist.

3. Pedal nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenkontur (13, 13', 13'') hinsichtlich Steigung und Verlauf einem optimalen Pedalweg-Betätigungskraftver­ hältnis entspricht.

4. Pedal nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (12, 12', 12'') rechtwinklig zu einer Achse (31) durch einen Drehpunkt (32) und rechtwinklig an dem Pedal­ körper (5'') angeordnet ist.

5. Pedal nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (12', 12'') an einem Schaft (5', 5'') des Pedalkörpers (1', 1'') angeordnet ist.

6. Pedal nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (12, 12', 12'') zur Anpassung an unterschiedliche Kraft­ fahrzeugtypen austauschbar an dem Pedalkörper (1, 1', 1'') oder dem Gehäuse (2, 2', 2'') angeordnet ist.

7. Pedal nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine teleskopier­ bare Stange (24, 24', 24'', 24''') vorgesehen ist und mit einem Dämpfer verbunden ist.