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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Winkeldetektionsvorrichtung
und betrifft im Spezielleren eine Winkeldetektionsvorrichtung, die
zum Detektieren des Drehwinkels von solchen Pedalarmen, wie dem
Bremspedal und dem Gaspedal von Kraftfahrzeugen, geeignet ist.
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Kraftfahrzeuge
sind heutzutage mit einem Mechanismus ausgestattet, der zum konstanten
Detektieren des Drehwinkels der Pedalarme des Bremspedals und des
Gaspedals in der Lage ist, um dadurch eine Feinsteuerung des Bremssystems
und des Beschleunigungssystems auf der Basis der anhand der Detektion
ermittelten Daten zu ermöglichen (siehe
z.B. FR-A-2,699,468). Zum Beispiel ermöglicht die Detektion der Niederdrücktiefe
des Bremspedalarms mittels eines Winkelsensors die Berechnung einer Änderung
in einem Detektionsergebnis gegenüber der Zeit, so dass sich
auf diese Weise feststellen lässt,
ob der Fahrer eine Notbremsung vorgenommen hat oder nicht. Auf diese
Weise kann ein Servobremsmechanismus Verwendung finden, bei dem
die Bremsleistung während
einer Notbremsung höher
ist als bei einem normalen Stopp- bzw. Abbremsvorgang.
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Als
eine Winkeldetektionsvorrichtung zum Detektieren des Drehwinkels
des Pedalarms in der vorstehend beschriebenen Weise ist eine solche Technik
vorgeschlagen worden, die einen Pedalarm, eine Welle zum drehbaren
Abstützen
des Pedalarms, einen mit dem Pedalarm zusammenwirkenden Winkelsensor
zum Detektieren des Drehwinkels des Pedalarms sowie eine Gehäuseeinrichtung
zum Abstützen
eines jeden dieser Elemente unter exakter Spezifizierung ihrer relativen
Positionen in einer einzigen Einheit vereinigt. Der Winkelsensor
ist mit einem Drehbereich (einem Sensorhebel) versehen, der betätigt wird,
um sich in Eingriff mit dem Pedalarm rotationsmäßig zu bewegen, so dass bei
der Rotationsbewegung des Pedalarms bei gedrücktem Pedal der Rotationsbereich
des Winkelsensors eine Drehbewegung in Abhängigkeit von der Niederdrücktiefe
des Pedals ausführt.
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Die
auf diese Weise als eine Einheit ausgebildete Winkeldetektionsvorrichtung
hat ein hohes Maß an
Genauigkeit; da jedoch vorhandene Wellen und Pedalarme nicht verwendbar
sind, ergeben sich höhere
Herstellungskosten und somit eine unwirtschaftliche Winkeldetektionsvorrichtung.
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Aus
diesem Grund ist ein Stand der Technik vorgeschlagen worden, bei
dem die Winkeldetektionsvorrichtung gebildet ist aus einer Welle,
die an einem Rahmen angebracht ist, der Bestandteil eines Vorrichtungskörpers an
dem Kraftfahrzeug ist, aus einem Pedalarm, der an der Welle drehbar
angebracht ist, sowie aus einem Winkelsensor, der an dem Rahmen
angebracht ist, um den Drehwinkel des Pedalarms zu detektieren.
Der vorstehend vorgeschlagene Stand der Technik reicht aus, wenn
nur ein Winkelsensor verwendet wird, der von der vorhandenen Welle
und dem vorhandenen Pedalarm Gebrauch macht. Aus diesem Grund ist
dieser Stand der Technik hinsichtlich der Herstellungskosten sehr
vorteilhaft. Darüber
hinaus lässt
sich eine hohe Detektionsgenauigkeit erzielen, wenn nur die relative
positionsmäßige Beziehung
zwischen dem Winkelsensor und dem Pedalarm korrekt vorgegeben ist.
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Der
vorstehend beschriebene, letztere Stand der Technik ist hinsichtlich
der Kosten sehr vorteilhaft. Jedoch ist es für den Rahmen, der einen Bestandteil
eines groß dimensionierten
Vorrichtungskörpers
bildet, unvermeidlich, dass dieser einen dimensionsmäßigen Fehler
von einigen wenigen Millimetern aufweist. Aus diesem Grund ist es
schwierig, den Drehwinkelsensor in einer gewünschten Position an dem Rahmen
in Relation zu der Welle und dem Pedalarm anzubringen. Das heißt, zum
Gewährleisten.
einer exakten Detektion des Drehwinkels des Pedalarms ist es zwingend
erforderlich, einen Freiraum mit einem bestimmten Wert zwischen
der Welle an dem Rotationszentrum des Pedalarms und dem Rotationszentrum
des Drehbereichs des Winkelsensors vorzugeben und ferner auch den
Drehbereich des Winkelsensors in einer bestimmten Position anzuordnen,
wenn sich der Drehwinkel des Pedals in einer anfänglichen Nullstellung befindet.
Im Stand der Technik wird jedoch die Positionseinstellung zum Anordnen
des Winkelsensors in einer bestimmten Position in Relation zu der
Welle und dem Pedalarm wahrscheinlich kompliziert, da große dimensionsmäßige Schwankungen
bei dem Rahmen vorliegen, bei dem es sich um eine Fläche zum
Anbringen des Winkelsensors handelt. Somit ist es in dem Fall, in
dem der Rahmen einen übermäßigen Dimensionsfehler aufweist,
trotz der Positionseinstellung des Winkelsensors unmöglich, eine
gewünschte
Detektionsgenauigkeit zu erzielen.
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Gemäß den Merkmalen
eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung wird eine Winkeldetektionsvorrichtung
geschaffen, bei der der zu detektierende Hebel eines Pedalarms an
einer an einem Rahmen festgelegten Welle drehbar angebracht ist;
und bei der ein Halter zum Anbringen eines Winkelsensors an der
Welle drehbar angebracht ist, um dadurch eine Einstellung der Winkelsensorposition durch
Einstellen der Halterposition zu ermöglichen. Gemäß dieser
Konfiguration kann ein Freiraum zwischen dem an dem Halter angebrachten
Winkelsensor und der Welle mit hoher Genauigkeit vorgegeben werden.
Darüber
hinaus kann der Rotationsbereich des Winkelsensors in einer gewünschten
Ausgangsposition angeordnet werden, indem die Montageposition des
Halters in Relation zu der Welle eingestellt wird. Als Ergebnis
hiervon ist die Position des Winkelsensors zum Zeitpunkt der Montage
in einfacher Weise einstellbar, und der zu detektierende Drehwinkel des
Hebels lässt
sich mit hoher Genauigkeit detektieren. Bei der Winkeldetektionsvorrichtung
sind somit eine vorhandene Welle und ein zu detektierender Detektionshebel
verwendbar, so dass es überflüssig wird,
die Winkeldetektionsvorrichtung als eine Einheit auszubilden; d.h.,
es genügt
lediglich die Montage des Winkelsensors und des Halters, so dass
sich Vorteile hinsichtlich der Kosten ergeben.
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Die
erfindungsgemäße Winkeldetektionsvorrichtung
besitzt eine an einem Rahmen festgelegte Welle, einen zu detektierenden
Detektionshebel, der an der Welle drehbar angebracht ist, einen
Winkelsensor mit einem Rotationsbereich, der betätigt wird, um sich in Eingriff
mit dem zu detektierenden Hebel zu drehen, und der in der Lage ist,
den Drehwinkel des zu detektierenden Hebels zu detektieren, einen Halter,
der den Winkelsensor festhält
und der an der Welle drehbar angebracht ist, sowie ein Einstellelement,
das in der Lage ist, die Montageposition des Halters in Relation
zu der Welle zu ändern.
Der durch das Einstellelement in einer bestimmten Montageposition
angeordnete Halter ist an dem Rahmen fest angebracht.
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Bei
der Winkeldetektionsvorrichtung mit der vorstehenden Ausbildung
ist der Halter mit dem daran angebrachten Winkelsensor an der Welle
drehbar angebracht. Auf diese Weise kann ein Freiraum mit hoher
Genauigkeit zwischen dem Winkelsensor und der Welle spezifiziert
werden. Ferner ist es möglich, das
Rotationszentrum des Rotationsbereichs des Winkelsensors entlang
der Rotationsrichtung unter Aufrechterhaltung des Freiraums durch
Einstellen der Montageposition des Halters in Relation zu der Welle
zu bewegen und den Rotationsbereich des Winkelsensors in einfacher
Weise in eine gewünschte
Ausgangsposition einzustellen und in entsprechender Weise den Drehwinkel
des zu detektierenden Hebels mittels des Winkelsensors in exakter Weise
zu detektieren.
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Zusammen
mit den vorstehend genannten Zielen lassen sich weitere Ziele bei
den Ausführungsbeispielen
erzielen, die in der nachfolgenden Beschreibung erläutert sind
und in den Begleitzeichnungen dargestellt sind.
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen der
Erfindung lediglich als Beispiel unter Bezugnahme auf die schematischen
Begleitzeichnungen erläutert;
darin zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels
einer Winkeldetektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Frontansicht der Winkeldetektionsvorrichtung;
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3 eine
erläuternde
Darstellung, wobei der Bereich A in 2 vergrößert dargestellt
ist;
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4 eine
Seitenansicht zur Erläuterung
der Befestigungskonstruktion eines Halters bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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5 eine
Seitenansicht zur Erläuterung
der Befestigungskonstruktion noch eines weiteren Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung.
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Die
in den 1 und 2 dargestellte Winkeldetektionsvorrichtung
hat die Funktion, die Niederdrücktiefe
eines Fahrzeugbremspedals 1 zu detektieren. Die Winkeldetektionsvorrichtung
besitzt einen Pedalarm 2 mit einem an dem vorderen Ende von
diesem angebrachten Bremspedal 1, eine Welle 4,
die an einem Bestandteil des Vorrichtungskörpers an dem Kraftfahrzeug
bildenden Rahmen 3 festgelegt ist und an der der Basisendbereich
des Pedalarms 2 drehbar angebracht ist, einen Winkelsensor 5,
wie z.B. einen variablen Widerstand mit einem gegabelten Sensorhebel
(Rotationsbereich) 5a, der betätigt wird, um sich in Zusammenwirkung
mit einem Antriebsstift 2a des Pedalarms 2 zu
drehen, und der eine B-Kurven-Ausgangscharakteristik
hat, die in der Lage ist, den Drehwinkel des Pedalarms 2 zu
detektieren, einen Halter 7, der auf der Welle 4 drehbar
angebracht ist und an dem der Winkelsensor 5 mittels einer
Schraube 6 befestigt ist, eine Verbindungseinstellschraube 8,
die an dem oberen Endbereich des Halters 7 angebracht ist,
um den Halter 7 an dem Rahmen 3 fest anzubringen,
sowie eine Druckschraube 9, die in den Rahmen 3 eingeschraubt
ist und mit der oberen Endfläche
des Halters 7 in Berührung
steht.
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Der
Antriebsstift 2a des Pedalarms 2 ist in einen
Ausschnitt 5b des Sensorhebels 5a eingesetzt. Bei
der Rotationsbewegung des Pedalarms 2 dreht der Antriebsstift 2a den
Sensorhebel 5a unter Verschiebung in dem Ausschnitt 5b.
Wie in 3 gezeigt ist, wird beim Herausdrehen der Verbindungseinstellschraube 8 sowie
beim Hineindrehen der Druckschraube 9 der obere Endbereich
des Halters 7 nach unten gedrückt, so dass der Halter eine
geringfügige
Rotationsbewegung in Bezug auf 1 im Gegenuhrzeigersinn
um das Zentrum der Welle 4 ausführen kann. Wenn dagegen die
Verbindungseinstellschraube 8 hinein gedreht wird und die
Druckschraube 9 heraus gedreht wird, wird der obere Endbereich
des Halters 7 angehoben, so dass die Welle 4 den
Halter 7 in Bezug auf 1 geringfügig im Uhrzeigersinn
um das Zentrum der Welle 4 drehen kann.
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Wenn
bei der Winkeldetektionsvorrichtung mit dieser Ausbildung der Fahrer
das Bremspedal 1 drückt,
dreht sich der Pedalarm 2 z.B. über den Winkel α, wie dies
in 1 dargestellt ist, wobei er sich von der in 1 in
durchgezogener Linie dargestellten Ausgangsposition in eine in unterbrochener
Linie dargestellte Position bewegt. Zu diesem Zeitpunkt dreht sich
der in integraler Weise an dem Pedalarm 2 angebrachte Antriebsstift 2a ebenfalls über den
Winkel α um
das Zentrum der Welle 4. Dadurch wird der Sensorhebel 5a des
Winkelsensors 5 durch den Antriebsstift 2a antriebsmäßig bewegt
und somit über den
Winkel β rotationsmäßig verlagert,
wie dies in 1 dargestellt ist. Da jedoch
die Distanz zu dem Rotationszentrum des Sensorhebels 5a kürzer ist
als die Distanz L1 zu dem axialen Zentrum der Welle 4, ist
der Winkel β größer als
der Winkel a für
den Antriebsstift 2a. Das heißt, der Sensorhebel 5a dreht sich über einen
großen
Winkel entsprechend dem Rotationswinkel des Pedalarms 2.
Der Winkelsensor 5 ist daher zum Detektieren des Rotationswinkels des
Pedalarms 2 mit hoher Auflösung auf der Basis des Drehwinkels
des Sensorhebels 5a ausgebildet. Der von dem Winkelsensor 5 detektierte
Drehwinkel wird als Veränderung
in der Ausgangsspannung ausgewertet; d.h., der Drehwinkel wird aus
der Ausgangsspannung berechnet. Für den Winkelsensor 5 ist
es daher notwendig, die Ausgangsspannung auf einen bestimmten Wert
einzustellen, wenn sich der Sensorhebel 5a in der in durchgezogener
Linie dargestellten Ausgangsposition befindet.
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Da
der Halter 7 mit dem Winkelsensor 5 auf der Welle 4 drehbar
angebracht ist, kann die vorstehend beschriebene Winkeldetektionsvorrichtung
den Freiraum L2 zwischen dem Rotationszentrum des Sensorhebels 5a und
dem axialen Zentrum der Welle 4 mit hoher Genauigkeit vorgeben
sowie einen exakt vorgegebenen L1/L2-Wert aufrechterhalten, der
für die
Berechnung des Drehwinkels des Pedalarms aus dem Drehwinkel des
Sensorhebels 5a wichtig ist. Auf diese Weise lässt sich
ein bestimmter Ausgangswert bei einem gewünschten Drehwinkel des Sensorhebels 5a des
Winkelsensors 5 erzielen, wenn die Winkeldetektionsvorrichtung
zum Zeitpunkt der Montage zum Erzielen des speziellen Ausgangswerts
eingestellt wird, und darüber
hinaus lässt
sich die Detektionsgenauigkeit bei einem beliebigen Drehwinkel des Pedalarms 2.
in einfacher Weise verbessern. Ferner ist die Winkeldetektionsvorrichtung
derart ausgebildet, dass aufgrund der Möglichkeit, die Montageposition
des Halters 7 in Relation zu der Welle 4 durch
Hineindrehen und Herausdrehen der Verbindungseinstellschraube 8 und
der Druckschraube 9 einzustellen, das Rotationszentrum
des Sensorhebels 5a unter Aufrechterhaltung des Freiraums
L2 entlang der Rotationsrichtung bewegt werden kann. Wenn die Ausgangsspannung
des Winkelsensors 5 nicht auf einen bestimmten Wert eingestellt
werden kann, da ein Effekt einer positionsmäßigen Abweichung des Rahmens 3 vorhanden
ist, wenn sich der Sensorhebel 5a in der Ausgangsposition
befindet, kann die Ausgangsposition des Sensorhebels 5a durch
Einstellen der Montageposition des Halters 7 in einfacher
Weise justiert werden. Auch von diesem Gesichtspunkt betrachtet
ist es möglich,
die Detektionsgenauigkeit in einfacher Weise zu verbessern. Bei der
Winkeldetektionsvorrichtung lassen sich die vorhandene Welle 4 und
der Pedalarm 2 verwenden, so dass es nicht nötig ist,
die Winkeldetektionsvorrichtung in Form einer Einheit auszubilden.
Die bloße Montage
des Winkelsensors 5, des Halters 7 sowie der Schrauben 8 und 9 reicht
aus; die Winkeldetektionsvorrichtung ist somit im Hinblick auf die
Kosten vorteilhaft. Wenn der Pedalarm 2 nach der Einstellung
der Ausgangsposition gedreht wird, wird die Spannung entlang einer
bestimmten Ausgangscharakteristik abgegeben, und eine mit hoher
Genauigkeit erfolgende Messung des Drehwinkels des Pedalarms 2 kann
durch Messen der Spannung erfolgen.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist
die Detektion des Drehwinkels des Pedalarms 2 des Bremspedals 1 als
ein Beispiel beschrieben worden. Es versteht sich jedoch, dass auch
der Rotationswinkel des Gaspedalarms sowie von Drehhebeln von anderen
Betriebskörpern
als dem Pedal unter Verwendung eines ähnlichen Mechanismus mit hoher
Genauigkeit detektiert werden kann.
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Weiterhin
ist darauf hinzuweisen, dass bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die
beiden Schrauben 8 und 9 zum Einstellen der Montageposition
des Halters 7 verwendet werden; wie in 4 gezeigt
ist, kann jedoch auch eine einzige Verbindungseinstellschraube 11 verwendet
werden, die in den Rahmen 3 und den Halter 7 eingeschraubt
ist, die unter Zwischenanordnung einer welligen Unterlegscheibe 10 einander
gegenüberliegend angeordnet
sind,. so dass die Montageposition des Halters 7 durch
Hineindrehen oder Herausdrehen der Schraube 11 eingestellt
werden kann.
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Weiterhin
kann die Winkeldetektionsvorrichtung derart ausgebildet sein, dass
in der in 5 dargestellten Weise ein Langloch 7a vorgesehen
ist, das sich entlang der Rotationsrichtung des Halters 7 erstreckt,
so dass der Halter 7 an dem Rahmen 3 durch eine
in das Langloch 7a eingesetzte Fixierschraube 12 befestigt
ist. In diesem Fall empfiehlt es sich, dass die Montageposition
des Halters 7 bei gelöster
Fixierschraube 12 in Relation zu der Welle 4 eingestellt wird
und dass die Fixierschraube 12 nach Beendigung der Einstellung
festgezogen wird.
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Die
vorliegende Erfindung, die gemäß den bisher
beschriebenen Ausführungsformen
ausgeführt
ist, hat folgende Vorteile.
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Es
ist möglich,
den Freiraum zwischen dem Winkelsensor und der an dem Halter angebrachten Welle
mit hoher Genauigkeit vorzugeben und auch den Rotationsbereich des
Winkelsensors in einer gewünschten
Ausgangsposition anzuordnen, indem die Montageposition des Halters
in Bezug auf die Wellenposition eingestellt wird. Daher lässt sich
eine Winkeldetektionsvorrichtung schaffen, bei der die Positionseinstellungen
zum Zeitpunkt der Montage in einfacher Weise erfolgen können, wobei
der zu detektierende Rotationswinkel des Hebels, wie z.B. des Pedalarms,
mit hoher Genauigkeit detektiert werden kann. Bei der Winkeldetektionsvorrichtung
können die
vorhandene Welle und der zu detektierende Hebel genutzt werden,
so dass es nicht notwendig ist, die Winkeldetektionsvorrichtung
in Form einer Einheit auszubilden. Die Bereitstellung des Winkelsensors
und des Halters ist ausreichend, so dass sich Vorteile im Hinblick
auf die Kosten ergeben.