DE4417216A1

DE4417216A1 - Fahrpedal von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE4417216A1
Application number: DE4417216A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Hettich; Werner Dipl Ing Flierl; Fritz Kotauczek
Original assignee: Daimler Benz AG; Mercedes Benz AG; Temic Telefunken Microelectronic GmbH
Current assignee: Daimler Benz AG; Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1994-05-17
Filing date: 1994-05-17
Publication date: 1995-07-27

Description

Üblicherweise wird bei Kraftfahrzeugen die Fahrge schwindigkeit über die Pedalstellung des vom Fahrer be tätigten Fahrpedals vorgegeben. Die Pedalstellung, d. h. der Weg des Fahrpedals, wird mittels einer von einem Gestänge bewegten Potentiometeranordnung (bei spielsweise ein Drehpotentiometer) ausgewertet; dessen Ausgangssignal wird über Leitungen an das Motorsteuer gerät weitergegeben und auf diese Weise dem Fahrer wunsch Rechnung getragen ("drive by wire"). Nachteilig hierbei ist, daß die mechanische Anordnung empfindlich gegenüber Verunreinigungen ist und keine Eigensicher heit aufweist. Damit das Fahrzeug beim Versagen der Po tentiometeranordnung nicht unkontrolliert beschleunigt, ist meistens eine zweite, redundante Potentiometeran ordnung vorgesehen, womit jedoch ein aufwendiger und komplizierter Aufbau der mechanischen Anordnung verbun den ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrpedal von Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1 anzugeben, bei dem diese Nachteile vermieden werden und das demgegenüber vorteilhafte Eigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der vorgeschlagenen Anordnung wird die dem Fahrer wunsch und damit der Trittkraft auf das Fahrpedal ent sprechende Stellung des Fahrpedals (der Weg des Fahrpe dals) durch ein zwischen der Trittfläche und der Grund fläche des Fahrpedals angeordnetes Übertragungsmedium (beispielsweise eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein Gel) elastisch in einen bestimmten Druckwert umgewandelt, dieser Druckwert durch mindestens einen Drucksensor de tektiert und das Ausgangssignal des Drucksensors als elektrische Größe einer Auswerteeinheit zur Weiterver arbeitung zur Verfügung gestellt. Falls das Fahrpedal nicht allseitig geschlossen ist, muß ein Betätigungs element zur Aufnahme des Übertragungsmediums vorgesehen werden; das Betätigungselement kann beliebige Formen aufweisen - beispielsweise sind kugelförmige, zylinder förmige oder unregelmäßig geformte Betätigungselemente denkbar -, wobei über die Ausgestaltung und Formgebung des Betätigungselements die für einen bestimmten Pedal weg des Fahrpedals erforderliche Trittkraft variabel vorgegeben werden kann.

Bei der Auswertung wird das kleinstmögliche Ausgangssi gnal des Drucksensors als Leerlauf des Motors (Ruhe stellung des Fahrpedals) und das größtmögliche Aus gangssignal als "kick-down" des Fahrpedals interpre tiert; die mit dem Ausgangssignal des Drucksensors be aufschlagte Auswerteeinheit kann in einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs angeordnet sein (externe Auswertung) oder - bei vorhandenem Betätigungselement - in das Be tätigungselement integriert werden (interne Auswer tung). Der Druck im Übertragungsmedium kann über einen zweiten Drucksensor redundant gemessen werden, so daß sich Meßungenauigkeiten minimieren lassen und auch beim Ausfall eines der Drucksensoren Meßwerte für die Aus wertung zur Verfügung stehen. Da Drucksensoren einen nicht vernachlässigbaren Temperaturgang aufweisen, ist es sinnvoll, dessen kleinstmögliches Ausgangssignal bzw. Minimalwert (die Leerlaufschwelle) nachzuführen; dies kann entweder durch eine Auswerteschaltung, ein Rechenprogramm oder durch einen Leerlaufschalter erfol gen, wobei der Leerlaufschalter außer zur redundanten Messung des geringsten Druckwerts (Leerlauf) auch zur Kalibrierung dessen Temperaturgangs verwendet werden kann.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Fahrpedals bestehen darin, daß Übertragungsmedium und Drucksensor gegenüber der Umgebung bzw. Außenwelt abgeschlossen und damit un empfindlich gegenüber Verschmutzungen sind, und daß die Anordnung einen einfachen Aufbau aufweist und kosten günstig ohne mechanische Kalibrierung hergestellt wer den kann.

Anhand der Zeichnung werden im folgenden drei in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Ausführungsbeispiele des Fahrpedals beschrieben.

Gemäß der Fig. 1 ist zwischen der durch die Trittkraft F_T verformbaren Trittfläche 2 und der Bodenfläche 3 des Fahrpedals 1 ein Übertragungsmedium 4 mit druckübertra genden Eigenschaften (beispielsweise eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein Gel) vorgesehen, das den Innenraum zwischen Trittfläche 2, Grundfläche 3 und Seitenfläche 8 des allseitig geschlossenen Fahrpedals vollständig ausfüllt. Ein Betätigungselement wird hier nicht benö tigt, da die Umsetzung der Trittkraft F_T in das Über tragungsmedium 4 durch die verformbare Trittfläche 2 bewerkstelligt wird. An der Seitenfläche 8 des Fahrpe dals 1 ist ein Drucksensor 5 angebracht, der die infol ge der Trittkraft F_T beim Auftreten auf die verformbare Trittfläche 2 des Fahrpedals erzeugte Erhöhung des Drucks p im Übertragungsmedium 4 detektiert und diesen Druckwert p in ein elektrisches Signal umsetzt; das Ausgangssignal des Drucksensors 5 wird über eine Si gnalleitung 6 an ein Steuergerät als Auswerteeinheit zur Weiterverarbeitung übertragen. Da das Übertragungs medium 4 den Innenraum des Fahrpedals zwischen Tritt fläche 2, Grundfläche 3 und Seitenfläche 8 vollständig ausfüllt, führt eine dem Fahrerwunsch entsprechende Trittkraft F_T je nach Kompressibilität des Übertra gungsmediums 4 zu einer bestimmten Gegenkraft; das Fahrpedal 1 selbst wird durch die Abhängigkeit von der Kompressibilität bewegt. Der geringste auftretende Druck p_min (Minimaldruck) entspricht der "Ruhestellung" des Fahrpedals 1 und wird von der Auswerteschaltung als Leerlauf interpretiert. Ein Leck im Fahrpedal 1 durch Beschädigungen oder Störungen (bei Unfällen beispiels weise infolge des Eindringens eines Fremdkörpers) läßt den Druck p im Übertragungsmedium 4 des Fahrpedals 1 auf diesen Minimalwert p_min absinken, so daß der Motor des Kraftfahrzeugs in den Leerlauf übergeht; hierdurch ist das Fahrpedal eigensicher und demzufolge keinerlei Redundanz beim mechanischen Aufbau des Fahrpedals er forderlich.

Gemäß der Fig. 2 ist zwischen der Trittfläche 2 und der Grundfläche 3 des Fahrpedals 1 ein mit Gas (bei spielsweise Luft) als Übertragungsmedium 4 gefüllter Federbalg als Betätigungselement 7 angeordnet; beim Niederdrücken des Fahrpedals 1 wird durch die Tritt kraft F_T das Gas des Übertragungsmediums 4 verdichtet und damit der inwendige Druck p im Federbalg 7 erhöht. Dieser Druck p wird durch den auf der Grundfläche 3 des Fahrpedals angeordneten Drucksensor 5 gemessen und dessen Ausgangssignal als der der Trittkraft F_T ent sprechende Fahrerwunsch von der Auswerteeinheit ausge wertet, die über die Signalleitung 6 und die elektri schen Durchführungen 10 mit dem Drucksensor 5 verbunden ist. Die Rückstellkraft des Fahrpedals 1 wird einer seits durch die Federkraft des Federbalgs 7 und ande rerseits durch die Erhöhung des Drucks p im Übertra gungsmedium 4 erzeugt; demzufolge empfindet der Fahrer bei einer Betätigung eines derartigen Fahrpedals 1 die von konventionellen Fahrpedalen her gewohnte taktile Rückmeldung. Durch Verschiebung des Federbalgs 7 ent lang der Grundfläche 3 des Fahrpedals 1 kann der Pedal weg des Fahrpedals 1 und damit die Übertragungs-Kenn linie beeinflußt werden. Um die Trittkraft F_T zentral in das Übertragungsmedium 4 bzw. das Betätigungselement 7 einleiten zu können, kann zwischen dem Betätigungs element (Federbalg) 7 und der Trittfläche 2 ein Zwi schenkörper 9, beispielsweise eine Kalotte angeordnet werden. Der Zwischenkörper 9 (die Kalotte) kann bei spielsweise als Folienschalter ausgebildet sein, so daß bei vollständig entlastetem Fahrpedal (Ruhestellung) ein weiteres Ausgangssignal zur Verfügung steht, das beispielsweise zur Überprüfung der Stellung des Fahrpe dals oder zur Offsetbestimmung des Ausgangssignal s des Drucksensors 5 verwendet werden kann. Besteht das Betä tigungselement 7 (der Federbalg) aus Metall, können die elektrischen Durchführungen 10 für die Signalleitungen 6 als Glasdurchführungen ausgestaltet sein; die Anord nung ist dann so hermetisch dicht, daß die Masse des im Betätigungselement 7 vorhandenen Übertragungsmediums 4 (die Gasmasse) auch über einen längeren Zeitraum hinweg konstant bleibt.

Gemäß der Fig. 3 ist zwischen der Trittfläche 2 und der Grundfläche 3 des Fahrpedals 1 ein kugelförmiges Betätigungselement 7 (beispielsweise aus Kunststoff oder Gummi) vorgesehen, das mit dem Übertragungsmedium 4 (beispielsweise eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein Gel) gefüllt ist. Bei einer Bewegung des Fahrpedals 1 infolge der Trittkraft F_T wird die im Übertragungsme dium 4 stattfindende Erhöhung des Drucks p durch einen in der Wandung des Betätigungselements 7 integrierten Drucksensor 5 detektiert und dessen Ausgangssignal über die Signalleitungen 6 an die Auswerteeinheit weiterge leitet. Die Rückstellkraft bzw. Gegenkraft wird bei ei nem gasgefüllten Betätigungselement 7 sowohl durch die Kompression des Gases 4 als auch durch die Verformung des Betätigungselements 7 erzeugt, bei einem flüssig keits- oder gelgefüllten Betätigungselement 7 dagegen nur durch die Verformung des Betätigungselements 7. Um die Rückstellkraft des Fahrpedals 1 zu erhöhen, kann noch eine am Fahrpedal angebrachte Feder vorgesehen werden. Bei gasgefüllten Betätigungselementen 7 aus Kunststoff können im Laufe der Zeit Gasverluste auftre ten; daher sollte hier ein (Rückschlag-)Ventil am Be hälter für das Übertragungsmedium 4 bzw. am Betäti gungselement 7 angebracht werden, das bei entlastetem Fahrpedal einen Druckausgleich mit der Umgebung ermög licht.

Claims

1. Fahrpedal (1) von Kraftfahrzeugen, mit einer durch eine Trittkraft (F_T) betätigbaren Trittfläche (2) und mit einer festen Grundfläche (3), gekennzeichnet da durch:

- zwischen der Trittfläche (2) und der Grundfläche (3) des Fahrpedals (1) ist ein Übertragungsmedium (4) derart angeordnet, daß im Übertragungsmedium (4) ein von der Trittkraft (F_T) abhängiger Druck (p) erzeugt wird,
- im Fahrpedal (1) ist mindestens ein mit dem Über tragungsmedium (4) verbundener Drucksensor (5) vorgesehen, der den Druck (p) im Übertragungsme dium (4) detektiert und diesen in ein Ausgangssi gnal umwandelt,
- der Drucksensor (5) ist über Signalleitungen (6) mit einer das Ausgangssignal des Drucksensors (5) verarbeitenden Auswerteeinheit verbunden.

2. Fahrpedal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trittfläche (2) und die Grundfläche (3) durch mindestens eine Seitenfläche (8) miteinander verbunden sind und daß das Übertragungsmedium (4) den Innenraum des allseitig geschlossenen Fahrpedals (1) vollständig ausfüllt.

3. Fahrpedal nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trittfläche (2) verformbar ausgebildet ist.

4. Fahrpedal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Trittfläche (2) mit der Grundfläche (3) verbindendes Betätigungselement (7) vorgesehen ist und daß das Betätigungselement (7) vollständig mit dem Übertragungsmedium (4) ausgefüllt ist.

5. Fahrpedal nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (7) als Federbalg ausgebil det ist.

6. Fahrpedal nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (7) als Kunststoffkörper ausgebildet ist.

7. Fahrpedal nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsmedium (4) ein Gas, eine Flüssigkeit oder ein Gel ist.

8. Fahrpedal nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Drucksensoren (5) vorgesehen sind, die beide gleichzeitig den Druck (p) im Übertra gungsmedium (4) detektieren.

9. Fahrpedal nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Detektion der Ruhestellung des Fahrpedals ein Leerlaufschalter oder ein weiterer Drucksensor (5) vorgesehen ist.