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Die
Erfindung betrifft eine Fahrpedalvorrichtung zur Steuerung einer
Motoreinheit eines Kraftfahrzeuges mit einem Grundelement, einem
an dem Grundelement angeordnetem und relativ zu diesem beweglichen
Pedalelement und einem mit dem Pedalelement in Eingriff bringbaren
Kick-Down-Element.
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Fahrpedalvorrichtungen
mit Kick-Down-Elementen sind bekannt und werden im Kraftfahrzeugbereich
zur Motorsteuerung von Fahrzeugen mit Automatikgetrieben verwendet.
Das Kick-Down-Element dient dabei dazu, dem Fahrzeugführer durch eine
Kraftspitze im Verlauf der in der Regel linear ansteigenden Kraft
zur Betätigung
des Pedalelements das Erreichen der Kick-Down-Stellung spürbar zu machen.
Vorteilhafterweise ist dabei das Kick-Down-Element direkt im Anschluss
an die Stellung des Pedalelements angeordnet, die der Volllast des
mit der Fahrpedalvorrichtung steuerbaren Motoreinheit entspricht.
Eine Betätigung
des Pedalelements mit einer höheren
als der durch das Kick-Down-Element
entgegengebrachten Kraft, wobei das Pedalelement über die
Volllastposition hinaus bewegt wird, führt zu einer Aktivierung der Kick-Down-Funktion
bei der das Automatikgetriebe herunterschaltet.
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Aus
der DE 100 31 097 ist bereits eine Fahrpedalvorrichtung mit einem
mechanischen Kick-Down-Element bekannt, bei dem ein federgespeicherter
zapfenförmiger
Stößelkörper durch
eine Ausnehmung mit federgespeicherten Kugeln gedrückt wird.
Ferner wird in der Druckschrift eine Fahrpedalvorrichtung mit einem
magnetischen Kick-Down-Element beschrieben. Ein magnetisches Kick-Down-Element
umfasst dabei einen Stößelkörper, der
bei einer bestimmten Auslenkung des Pedalelements auf ein Magnetelement
trifft und dieses gegen eine Magnetkraft und eine Magnetgegenkraft
bewegt. Die entsprechende Kraft/Weg-Kennlinie ist durch geeignete
Wahl der Elemente und ihrer jeweiligen Anordnung einstellbar. In
jedem Fall handelt es sich aber um Kraftsprung-Kennlinien, gekennzeichnet
durch einen Kraftanstieg bis zu einer Kraftspitze und anschließendem Kraftabfall.
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Die
bekannten Fahrpedalvorrichtungen weisen den Nachteil auf, dass deren
Kick-Down-Elemente
einen komplizierten Aufbau aufweisen, was zu hohen Herstellungskosten
des Kick-Down-Elements und somit auch zu hohen Herstellungskosten
für die mit
dem Kick-Down-Element
ausgestatteten Fahrpedalvorrichtungen führt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrpedalvorrichtung
mit einem Kick-Down-Element
bereitzustellen, dass bei einer möglichst einfachen Konstruktion
eine vorbestimmte Kraft/Wegkennlinie aufweist.
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Die
Erfindung löst
die Aufgabe durch eine Fahrpedalvorrichtung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Kennzeichnend
für die
erfindungsgemäße Fahrpedalvorrichtung
ist ein Kick-Down-Element, dass
ein Federelement aufweist, welches derart ausgebildet ist, dass
es nach Erreichen einer einstellbaren Betätigungskraft, d. h. der von
dem Fahrzeugführer
auf das Pedalelement aufgebrachten Kraft, aus einer ersten stabilen
Lage in eine zweite stabile Lage reversibel umspringt.
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In
der ersten stabilen Lage befindet sich das Federelement dabei vorteilhafterweise
immer dann, wenn sich das Pedalelement in einer Position befindet,
in der sich die über
die Fahrpedalvorrichtung steuerbare Motoreinheit im Lastbereich
zwischen der Volllastposition und einer Leerlaufposition befindet. Eine
Bewegung des Pedalelements über
die Volllastposition hinaus ist erst nach Überwindung einer spezifischen
durch das Federelement bestimmten Gegenkraft möglich. Wenn die Betätigungskraft
die Gegenkraft erreicht, bewegt sich das Federelement sprungartig
in die zweite stabile Lage. In einer Kraft/Wegkennlinie ist die
hierzu notwendige Betätigungskraft
als Kraftspitze zu erkennen.
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Solange
sich das Federelement in der zweiten stabilen Lage befindet, bleibt
die Kick-Down-Funktion
aktiviert. Zur Aufrechterhaltung ist dabei eine gegenüber der
zur Aktivierung notwendigen Betätigungskraft
deutlich verringerte Betätigungskraft
erforderlich. Die Deaktivierung der Kick-Down-Funktion erfolgt,
wenn das Federelement in die erst stabile Lage zurück bewegt
wird. Dieser Vorgang läuft
selbsttätig
ab, wenn die Betätigungskraft
einen definierten Wert unterschreitet.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
der Fahrpedalvorrichtung besteht darin, dass für den Fahrzeugführer die
Kick-Down-Position deutlich spürbar
ist, wobei zur Aktivierung des Kick-Downs nach Erreichen der vorbestimmten
Betätigungskraft
die Kick-Down-Funktion
unmittelbar aktiviert wird. Gleichzeitig weist die Fahrpedalvorrichtung
einen besonders einfachen Aufbau auf. Insbesondere die Ausgestaltung
des Kick-Down-Elements mit
nur einem Federelement zeichnet sich dabei durch ihren besonders
einfachen Aufbau auf, der es ermöglicht,
die erfindungsgemäße Fahrpedalvorrichtung
besonders kostengünstig
und zuverlässig
auszuführen.
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Da
sich das Federelement nach aktivierten Kick-Down zudem in einer
stabilen Lage befindet, muß der
Fahrzeugführer
keine wesentlich erhöhten Betätigungskräfte zur
Aufrechterhaltung der Position aufbringen. Da zudem die Rückstellung
des Kick-Down-Elements
nach dessen Aktivierung automatisch nach einer Reduzierung der Betätigungskraft des
Fahrzeugführers
erfolgt, kann auf zusätzliche Rückstelleinrichtungen
verzichtet werden.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Federelement
tellerförmig
ausgebildet und im Randbereich in einem Gehäuse des Kick-Down-Elements
eingespannt. Die tellerförmige Ausgestaltung
ermöglicht
dabei eine gute Zugänglichkeit
des Federelements für
das Pedalelement, wobei das Kick-Down-Element gleichzeitig besonders
flach ausgebildet werden kann. Eine Beschränkung der Einspannung des Federelements
auf den Randbereich, wobei neben einer Einspannung des gesamten
Randbereichs auch eine nur partielle Einspannung möglich ist,
gewährleistet
dabei, dass auch bei kleinen Federelementen ein großer Bereich des
Federelements für
die Kick-Down-Funktion zur Verfügung
steht, so dass gewährleistet
ist, dass für den
Fahrzeugführer
ein deutlich spürbarer
Pedalweg bei der Aktivierung der Kick-Down-Funktion erkennbar ist.
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Zur
Einstellung der Gegenkraft des Federelements ist nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung
der Erfindung vorgesehen, dass eine auf das im Gehäuse eingespannte
Federelement wirkende Einspannkraft einstellbar ist. Maßgeblich
ist dabei im wesentlichen die in radiale Richtung auf das tellerförmige Federelement
wirkende Einspannkraft. Über deren
Einstellbarkeit ist es möglich,
unter Verwendung identischer Federelemente Fahrpedalvorrichtungen
bereitzustellen, die ein Kick-Down-Element mit unterschiedlicher
Gegenkraft aufweisen. Die Einstellbarkeit der Einspannkraft und
die daraus resultierende Einstellbarkeit der Gegenkraft ermöglicht es ferner,
gegebenenfalls im Betrieb auftretende Ermüdungserscheinungen, die mit
einer Reduzierung der Gegenkraft einhergehen, zu kompensieren. Somit kann
auf einen anderenfalls erforderlichen teuren Austausch des Kick-Down-Elements
oder der gesamten Fahrpedalvorrichtung verzichtet werden.
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Wesentlich
für die
Höhe der
Gegenkraft ist neben der radial wirkenden Einspannkraft u. a. die Gestaltung
des Federelements. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
weist das Federelement zwei kreisförmig ausgebildete und konzentrisch
zueinander angeordnete Knicklinien auf. Eine erste Knicklinie ist
dabei im Randbereich des Federelements und eine zweite Knicklinie
im Bereich des Mittelpunkts des Federelements angeordnet. Der Abstand
der Knicklinien bzw. der Durchmesserunterschied der kreisförmigen Knicklinien
bestimmt neben der zur Aktivierung der Kick-Down-Funktion zu überwindenden
Gegenkraft auch den Pedalweg nach Überwindung der Gegenkraft des
Federelements. Ein möglichst
großer
Durchmesserunterschied, der insbesondere gemäß dieser erfindungsgemäßen Weiterbildung
erreicht wird, gewährleistet
dabei, dass bei einer nur geringen Baugröße des Federelements ein für den Fahrzeugführer deutlich
spürbarer Pedalweg
erkennbar ist.
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Das
Zusammenwirken des Pedalelements mit dem Federelement kann grundsätzlich in
beliebiger Weise erfolgen. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung ist an dem Pedalelement jedoch ein Druckelement angeordnet,
das mit dem Federelement in Eingriff bringbar ist, wobei das dem
Federelement zugewandte Ende des Druckelements vorzugsweise im Bereich
des Mittelpunkts des Federelements mit diesem zusammenwirkt. Die
Verwendung eines Druckelements ermöglicht es, eine optimale Anpassung
des Pedalelements an das Federelement des Kick-Down-Elements vorzunehmen. Nach
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung entspricht dabei die
mit dem Federelement zusammenwirkende Fläche des Druckelements der durch die
zweite Knicklinie vorgegebenen Fläche, wodurch die Zuverlässigkeit
des Kick-Down-Elements in ergänzender
Weise gesteigert wird.
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Ein
Schalter zur Aktivierung der Kick-Down-Funktion, d.h. ein Schalter
dessen Aktivierung das Herunterschalten der Motoreinheit bewirkt,
kann grundsätzlich
an beliebiger Stelle der Fahrpedalvorrichtung angeordnet werden.
Bevorzugt wird kein separates mechanisches Schaltelement verwendet.
Stattdessen wird ein ohnehin vorhandener Drehsensor, der an geeigneter
Stelle zwischen dem Pedalelement und dem Grundelement angeordnet
ist, verwendet um zu erkennen, ob das Pedalelement eine Auslösestellung
eingenommen hat. Diese Auslösestellung
ist bevorzugt im Bereich der Kraftspitze angeordnet, bspw. kurz
vor dem Erreichen des Maximums. Die Kick-Down Funktion wird dann
durch eine elektronische Steuereinheit ausgelöst, die die Sensorsignale auswertet.
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Nach
einer alternativen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist
ein Schalter zur Aktivierung der Kick-Down-Schaltfunktion hingegen
derart an dem Kick-Down-Element angeordnet, dass das Federelement
in der zweiten stabilen Lage mit dem Schalter zusammenwirkt. Diese
Anordnung gewährleistet
in besonders zuverlässiger
Weise, dass die Kick-Down-Funktion
nur dann aktiviert wird, wenn tatsächlich das Federelement des
Kick-Down-Elements
aus der ersten stabilen Lage in die zweite stabile Lage bewegt wird.
Einer verfrühten,
fehlerhaften Aktivierung wird somit zuverlässig vorgebeugt.
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Das
Federelement kann grundsätzlich
aus jedem Material geformt werden, das die Herstellung eines Federelements
gewährleistet,
welches bei einer bestimmten Betätigungskraft
aus einer ersten stabilen Lage in eine zweite stabile Lage reversibel umspringt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist als Federelement
jedoch eine metallische Schnappfeder vorgesehen. Derartige Federn können als
Zukaufteil in nahezu jeder gewünschten Größe bezogen
werden. Die Möglichkeit
der Verwendung von Zukaufteilen ermöglicht es in ergänzender Weise,
die Herstellungskosten des Kick-Down-Elements und somit die Herstellungskosten
der Fahrpedalvorrichtung zu reduzieren. Die Verwendung von metallischen
Federelementen zeichnet sich dabei insbesondere durch die hohe Verschleißfestigkeit und
Zuverlässigkeit
aus.
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Nachstehend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen
zeigen:
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1 eine
erste Seitenansicht einer Fahrpedalvorrichtung mit einem Kick-Down-Element in einer ersten
Stellung eines Pedalelements;
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2 eine
zweite Seitenansicht der Fahrpedalvorrichtung von 1 in
einer weiteren Stellung des Pedalelements;
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3a eine
Schnittansicht durch das Kick-Down-Element von 1 und 2 in
einer Teillaststellung des Pedalelements und einem sich dabei über dem
Federelement befindlichen Stößelelement;
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3b eine
Schnittansicht des Kick-Down-Elements von 1 mit dem
sich in einer Volllaststellung befindlichen Stößelelement;
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3c eine
Schnittansicht durch das Kick-Down-Element von 1 mit
aktiviertem Kick-Down;
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4a eine
Draufsicht auf das Federelement von 3a;
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4b eine
Schnittansicht durch das Federelement von 3a und
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5 eine
Kraft/Wegkennlinie der Pedaleinheit aus 1 und 2 bei
verschiedenen Einstellungen.
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In 1 und 2 ist
jeweils eine Seitenansicht einer Fahrpedalvorrichtung 2 in
unterschiedlichen Stellungen des Pedalelements 6 dargestellt.
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Das
Pedalelement 6 ist mittels eines Scharniers 20 gelenkig
an einem Grundelement 4 der Fahrpedalvorrichtung 2 befestigt.
Zur Steuerung einer hier nicht dargestellten Motoreinheit kann das
Pedalelement 6 zwischen einer Leerlaufstellung und einer Volllaststellung
gegenüber
dem Grundelement 4 verschwenkt werden, wobei ein an dem
Pedalelement 6 befestigter Kolben 7, der in dem
Grundelement 4 gegen einen Widerstand verschiebbar geführt ist,
einem Fahrzeugführer
eine mit zunehmender Verschwenkung des Pedalelements 6 in
Richtung auf das Grundelement 4 linear ansteigende Pedalkraft entgegen
bringt.
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Bei
Fahrzeugen mit Automatikgetrieben besteht die Möglichkeit, über eine sogenannten Kick-Down-Funktion
ein Herunterschalten einer Getriebeeinheit zu erreichen. Ein an
dem Grundelement 4 befestigtes Kick-Down-Element 10 wirkt
mit einem an dem Pedalelement 6 befestigten Druckelement 8 in
der Volllaststellung des Pedalelement 6 zusammen. Dabei
wird ein in einer Hülse 14 des Kick-Down-Element 10 axial
verschiebbar gelagertes Stö ßelelement 12 durch
das Druckelement 4 in die Hülse 14 des Kick-Down-Element 10 bewegt.
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Eine
genaue Abfolge der Bewegungen des Stößelelements 12 ausgehend
von der annähernden Volllaststellung
des Pedalelements 6 bis zu einer Aktivierung des Kick-Down-Elements 10,
ist in den 3a bis 3c dargestellt.
In 3a befindet sich das Pedalelement 6 noch
nicht in der Volllaststellung, so dass das Stößelelement 12 oberhalb
eines Federelements 11 angeordnet ist, das innerhalb der
Hülse 14 angeordnet
ist. Bei Erreichen der Volllaststellung verschiebt das Druckelement 8 das
Stößelelement 12,
so dass dieses in Kontakt mit der dem Stößelelement 12 zugewandten
Seite des Federelements 11 kommt. Aus dieser in 3b dargestellten Position
ist es für
den Fahrzeugführer
zur Aktivierung der Kick-Down-Funktion
erforderlich, eine erhöhte Betätigungskraft
aufzubringen, die der Kraft entspricht, die erforderlich ist, um
das Federelement 11 aus einer ersten stabilen Lage, wie
sie in 3a und 3b dargestellt
ist, in eine zweite stabile Lage, die in 3c dargestellt
ist, zu bewegen.
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Das
Federelement 11 wird dabei entlang seiner Knicklinien 15, 16 umgestülpt und
in axiale Richtung der Hülse 14 verschoben.
Der Pedalweg, den der Fahrzeugführer
bei Aktivierung des Kick-Downs spürt, entspricht dabei der Auslenkung
des Federelements 11 (vgl. 4a).
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Das
Federelement 11 weist in seinem Randbereich in regelmäßigen Abständen radial
gerichtete Einschnitte auf, die die Umfangsfläche in gleichmäßig verteilte
Einspannabschnitte 17 einteilt. Das Federelement 11 ist
durch die Hülse 14 in
axialer Richtung fixiert und in radialer Richtung vorgespannt. Die radial
wirkende Einspannkraft ist dabei über ein hier nicht dargestellten
Mechanismus einstellbar und bestimmt dabei neben der konstruktiven
Ausgestaltung des Federelements 11 die erforderliche Betätigungskraft
zum Umschalten des Federelements 11 aus der ersten stabilen
Lage in die zweite stabile Lage. Die durch die zweite Knicklinie 16 geformte
Kontaktfläche 18 ist
an die Form des Stößelelements 12 im Kontaktbereich
mit dem Federelement 11 angepasst.
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In 5 ist
eine Kraft/Wegkennlinie der Fahrpedalvorrichtung 2 dargestellt,
wobei die Gegenkraft F der Fahrpedalvorrichtung 2 über die
Auslenkung A gezeigt ist. Nach einem ersten, linearen Bereich 22 ergibt
sich ab einer Auslenkung A1 eine Kraftspitze 24 nach deren Überwindung
das Federelement 11 schlagartig in die zweite stabile Position umspringt,
wobei ein relativ steiler Abfall der Kraft auftritt.
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Die
Aktivierung der Kick-Down-Funktion erfolgt in gezeigtem Beispiel
mittels eines an der Fahrpedalvorrichtung 2 vorgesehenen
Positionssensors (nicht dargestellt), der die relative Position
(Betätigungsweg)
des Pedalelements 6 ermittelt und in ein elektrisches Signal
umwandelt. Das Signal wird in einer Steuereinheit verarbeitet. Erkennt
die Steuereinheit, dass ein in 5 gezeigter
Auslösepunkt
K erreicht oder überschritten
ist, so wird die Kick-Down-Funktion
(Herunterschalten) aktiviert. Im gezeigten Beispiel liegt der Auslösepunkt
K kurz vor dem Maximum der Kraftspitze 24.