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Hintergrund
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Steuerpedalvorrichtungen und betrifft im spezielleren eine
Einstelleinrichtung zum selektiven Einstellen der Positionen von
einem oder mehreren der Steuerpedale eines Kraftfahrzeugs.
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Bei einem herkömmlichen Kraftfahrzeug sind Pedale
zum Steuern der Bremsen und der Drosselklappe des Motors vorgesehen.
Wenn das Fahrzeug ein manuelles Getriebe aufweist, ist auch ein
Kupplungspedal vorgesehen. Diese Pedale werden von dem Fahrer mit
den Füßen betätigt. Damit
der Fahrer die vorteilhafteste Position zum Betätigen dieser Steuerpedale beibehalten
kann, ist normalerweise der Fahrzeugvordersitz auf einer Sitzschiene
verschiebbar angebracht, und zwar mittels Einrichtungen zum Festlegen
des Sitzes entlang der Schiene in einer Vielzahl von Einstellpositionen.
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Die durch Bewegen des Sitzes entlang
der Sitzschiene vorzunehmende Einstellung trägt aufgrund von Unterschieden
in den anatomischen Dimensionen nicht allen Bedienungspersonen eines Fahrzeugs
Rechnung. Ferner gibt es zunehmende Bedenken, daß die Verwendung von Sitzschienen, und
insbesondere von langen Sitzschienen, eine Sicherheitsgefahr dahingehend
bildet, daß sich
der Sitz während
eines Unfalls von der Schiene lösen
kann, so daß Verletzungen
des Fahrers und/oder anderer Insassen entstehen.
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Außerdem hat die Verwendung von
Sitzschienen zum Einstellen der Sitzposition den Effekt, daß kleine
Bedienungspersonen extrem nahe bei dem Lenkrad positioniert werden,
wo sie bei einem Unfall Verletzungen von dem Lenkrad oder von einem
explodierenden Airbag ausgesetzt sind.
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Es ist daher wünschenswert, die Sitzschiene entweder
vollständig
zu eliminieren oder die Sitzschiene auf ein Ausmaß zu verkürzen, bei
dem sie ausreichend fest ist, um den Sitz während eines Aufpralls festzuhalten.
Ein Verkürzen
oder Eliminieren der Sitzschiene erfordert die Bereitstellung von
Einrichtungen zum selektiven Bewegen der verschiedenen Steuerpedale,
um Fahrern unterschiedlicher Größe Rechnung
zu tragen.
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Über
eine Zeitdauer von vielen Jahren sind verschiedene Vorschläge gemacht
worden, um für eine
selektive Einstellung der Pedalpositionen zu sorgen, um Fahrern
unterschiedlicher Größe Rechnung
zu tragen, jedoch hat keiner dieser Vorschläge irgendeine nennenswerte
kommerzielle Akzeptanz gefunden, da die vorgeschlagenen Mechanismen übermäßig komplex
und teuer waren und/oder äußerst schwierig
zu betätigen
waren und/oder die erforderliche Pedaleinstellung nur auf Kosten
einer Änderung
anderer kritischer dimensionsmäßiger Beziehungen
als der zwischen dem Fahrer und den verschiedenen Pedalen erzielten.
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In jüngerer Zeit ist ein Steuerpedalmechanismus
entwickelt worden, der einfach und kostengünstig ist und einfach zu betätigen ist
und der die erforderliche Pedaleinstellung ohne Änderung weiterer kritischer
dimensionsmäßiger Beziehungen
wie der zwischen dem Fahrer und den verschiedenen Pedalen erzielt.
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Dieser Steuerpedalmechanismus ist
offenbart in den US-Patenten Nr. 4 875 385, 4 989 474 und 5 078
024, die alle auf den Inhaber der vorliegenden Anmeldung übertragen
worden sind. Die vorliegende Erfindung stellt Verbesserungen der
in diesen Patenten offenbarten grundlegenden einstellbaren Steuerpedalausbildung
dar.
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Kurzbeschreibung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung zielt ab
auf die Schaffung einer einfachen, kostengünstigen und effektiven Vorrichtung
zum Einstellen der Steuerpedale eines Kraftfahrzeugs.
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Die einstellbare Pedalvorrichtung
der vorliegenden Erfindung ist gedacht für die Verwendung bei einem
beliebigen der Steuerpedale eines Kraftfahrzeugs und schafft eine
einfache und effektive Einrichtung zum Einstellen der Position des
Pedals, um eine Anpassung an die speziellen anatomischen Dimensionen
der Bedienungsperson zu schaffen.
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Die Erfindung zielt ab auf die Schaffung
einer einstellbaren elektronischen Pedalanordnung, die zur Anbringung
in Verbindung mit einer drahtseilbetätigten Drosselklappensteuerung
besonders geeignet ist.
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Die durch den Anspruch 1 definierte
Erfindung bietet eine einfache und effektive Einrichtung zum Erzeugen
eines elektronischen Steuersignals an einer einstellbaren Pedalanordnung
und stellt sicher, daß die
Ergonomie des Steuerpedals unabhängig von
der Einstellposition der Pedalkonstruktion nicht variiert.
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Gemäß der Erfindung wird die übliche Schwenkbewegung
des Steuerpedals beibehalten, und auch die konstante ergometrische
Betätigung der
Steuerpedalanordnung wird aufrechterhalten.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung beinhaltet die Generatoreinrichtung ein Potentiometer,
das an dem Träger
angebracht ist und dessen Einstellung in Abhängigkeit von der Schwenkbewegung
der Pedalkonstruktion an dem Träger
variiert. Diese spezielle Anordnung schafft eine einfache und effektive
Einrichtung zum Erzeugen des erforderlichen elektronischen Signals,
um für eine
Drahtseilbetätigung
zu sorgen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung weist die Pedalanordnung ferner eine Schraubenfeder auf,
die dazu ausgebildet ist, ansprechend auf eine auf die Pedalfläche ausgeübte Kraft
torsionsmäßig gespannt
zu werden, um dadurch eine Federwiderstandskraft zu schaffen, die der
Pedalbetätigungskraft
entgegengesetzt ist, und die dazu ausgebildet ist, ansprechend auf
ein Aufheben der Pedalbetätigungskraft
torsionsmäßig freigegeben
zu werden, um dadurch eine Federrückstellkraft zu schaffen, wobei
die Pedalanordnung ferner eine Einrichtung aufweist, die ansprechend
auf das torsionsmäßige Spannen
der Feder in Betrieb geht, um eine reibungsmäßige Widerstandskraft zu erzeugen,
die hinsichtlich der Federwiderstandskraft additiv ist sowie hinsichtlich
der Federrückstellkraft
subtraktiv ist. Diese Anordnung schafft eine effektive Einrichtung
zum Schaffen des gewünschten
Gefühls oder
der gewünschten
Rückkopplung
zu der Bedienungsperson bei Bewegung des Pedals und liefert ferner
den gewünschten
Hystereseeffekt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung weist die Generatoreinrichtung ein Potentiometer auf,
dessen Einstellung in Abhängigkeit von
der Drehbewegung der Schwenkachse der Pedalkonstruktion variiert.
Die Verwendung der Schwenkachse der Pedalkonstruktion als Eingangswelle
für das
Potentiometer sorgt für
eine weitere Vereinfachung und kompaktere Ausbildung der Pedalanordnungskonstruktion.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine
auseinandergezogene Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform
einer einstellbaren Bremspedalanordnung, die nicht gemäß der Erfindung
ausgebildet ist;
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2 eine
Längsschnittansicht
der Bremspedalanordnung;
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3 eine
Querschnittsdarstellung entlang der Linie 3-3 der 2;
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4 eine
Frontansicht der Bremspedalanordnung;
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5 eine
fragmentarische Schnittdarstellung der Bremspedalanordnung;
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6 eine
perspektivische, leicht schematische Ansicht der Bremspedalanordnung
in Verbindung mit einer Fahrpedalanordnung;
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7 eine
Detailansicht eines Bereichs der Fahrpedalanordnung;
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8 ein
Schaltbild zur Verwendung bei einstellbaren Pedalanordnungen;
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9 eine
Seitenaufrißansicht
einer Fahrpedalanordnung gemäß einer
zweiten Ausführungsform,
die gemäß der Erfindung
ausgebildet ist;
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10 eine
Rückansicht
der Fahrpedalanordnung;
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11 eine
teilweise auseinandergezogene Ansicht der Fahrpedalanordnung;
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12 eine
Perspektivansicht einer Unteranordnung der Fahrpedaianordnung;
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13 und 14 Schnittdarstellungen der Fahrpedalanordnung;
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15 eine
Detailansicht eines Bereichs eines Gehäuses, das bei der Fahrpedalanordnung
verwendet wird;
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16, 17 und 18 leicht schematische Ansichten zur
Erläuterung
der Art und Weise, in der die erfindungsgemäße Fahrpedalanordnung zum Erzeugen
eines Hystereseeffekts arbeitet.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die Bremspedalanordnung gemäß der ersten
Ausführungsform
(1–5)
beinhaltet eine Befestigungshalterung 12, einen Schwenkarm 14,
eine Führungsstangenkonstruktion 16,
eine Pedalanordnung 18 sowie eine Antriebsanordnung 20.
Die Befestigungshalterung 12 kann aus einem beliebigen geeigneten
Metallblechmaterial in einem geeigneten Stanzvorgang gebildet sein
und dient für
eine geeignete Befestigung an der Trennwand 22 des zugehörigen Kraftfahrzeugs.
Die Halterung 12 weist eine obere Wand 12a, seitlich
voneinander beabstandete, nach oben verlaufende Seitenwände 12b und 12c sowie
eine vordere Wand 12d auf.
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Der Schwenkarm 14 beinhaltet
einen Hauptkörperbereich 14a,
einen Bremsstangenbefestigungs-Schwenkzapfen 14b zum Anbringen
einer Bremsbetätigungsstange,
ein unteres Fenster 14c sowie eine obere Abstandsnabenkonstruktion 14d. Der
Schwenkarm 14 ist an seinem oberen Ende zwischen den Halterungsseitenwänden 12b und 12c mittels
einer Schrauben- und Hülsenanordnung 24, die
in Halterungsöffnungen 12e positioniert
ist, schwenkbar angebracht.
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Die Führungsstangenkonstruktion 16 hat eine
längliche,
kreisförmige
und rohrförmige
Konfiguration und beinhaltet einen vorderen Getriebegehäusebereich 16a und
einen Achsenbereich 16b.
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Der Getriebegehäusebereich 16a ist
relativ zu dem Achsenbereich 16b vergrößert und bildet eine zentrale
Bohrung 16c, die an dem vorderen Ende 16d der
Stangenkonstruktion offen ist.
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Der Achsenbereich 16b erstreckt
sich von dem Getriebegehäusebereich 16a starr
nach hinten, bildet eine zentrale Bohrung 16e, die mit
einer Bohrung 16c zusammenfällt, ist an seinem hinteren
Ende 16e offen und weist einen axialen Schlitz 16f in
seinem Boden auf. Der Schlitz 16f erstreckt sich von einer
Stelle in der Nähe
des Getriebegehäusebereichs 16a nach
vorn und ist an dem vorderen Ende 16e des Achsenbereichs
offen.
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Die Pedalanordnung 18 weist
eine Pedalfläche 26,
einen die Pedalfläche 26 an
seinem unteren Ende tragenden Pedalarm 28 sowie eine obere
Führungskonstruktion 29 auf.
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Der Pedalarm 28 beinhaltet
einen Hauptkörperbereich 28a und
einen oberen Endbereich 28b reduzierter Breite.
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Die obere Führungskonstruktion 29 weist eine
Nabenkonstruktion und eine Mutter 32 auf. Der obere Endbereich 28b reduzierter
Breite des Pedalarms erstreckt sich durch einen unteren Schlitz 30a in
der Nabenkonstruktion 30 nach oben, um den oberen Endbereich 28b in
dem Hohlraum der Nabenkonstruktion zu positionieren, und danach
werden der Pedalarm und die Nabe miteinander verschweißt, um eine
einheitliche Pedalarm-/Nabenanordnung zu bilden.
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Die Nabenkonstruktion ist derart
dimensioniert, daß sie
mit Hilfe einer in der Nabenkonstruktion positionierten Spalthülse 34 auf
den Stangenkonstruktions-Achsenbereich 16b aufschiebbar
ist. Die Nabenkonstruktion 30 und die Hülse 34 wirken zum Bilden
einer glatten Führungsbohrung
zusammen, in der der Stangenkonstruktions-Achsenbereich 16b verschiebbar
aufgenommen wird, um dadurch die Pedalanordnung in die Lage zu versetzen,
sich in Bezug auf die Stangenkonstruktion gleichmäßig axial nach
vorn und nach hinten zu bewegen.
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Die Mutter 32 kann aus Kunststoff
gebildet sein, besitzt eine kreisförmige Querschnittskonfiguration,
ist zum verschiebbaren Einpassen in die Bohrung 16a des
Stangenkonstruktions-Achsenbereichs dimensioniert und weist eine
mit Gewinde versehene zentrale Bohrung 32a auf. Die Mutter 32 kann
axiale und umfangsmäßige Rippen 32b, 32c aufweisen,
um das Gewicht zu minimieren und die Gleitreibung zwischen der Mutter
und dem Stangen-Achsenbereich zu minimieren.
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Die Mutter 32 ist an dem
oberen Ende des Pedalarms 28 positioniert, wobei der obere
Endbereich 28b reduzierter Breite in einem nach unten offenen
Schlitz oder einer nach unten offenen Tasche 32b im Boden
der Mutter aufgenommen ist.
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Die Hülse 34 weist zusätzlich zu
dem Spalt 34a einen axial verlaufenden Schlitz 34b und
ein Fenster 34c auf. Der Schlitz 34b nimmt den
oberen Endbereich 28b des Pedalarms auf, und das Fenster 34c nimmt
eine Blattfeder 38 auf (1, 3 und 5).
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Die Blattfeder 38 weist
einen in dem Fenster 34c positionierten Hauptkörperbereich 38a und
Endansatzbereiche 38b auf, die in axial voneinander beabstandeten Öffnungen 30a in
der Nabenkonstruktion 30 positioniert sind. Wenn die Ansätze
38b in
den Öffnungen 30a positioniert
sind, ist der Hauptkörperbereich 38a der
Feder in dem Fenster 34c positioniert und erstreckt sich
durch dieses hindurch, so daß er
gegen den Stangen-Achsenbereich 16b an der Grenzfläche zwischen
dem Stangen-Achsenbereich und der Hülse 34 wirkt.
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Das offene hintere Ende 16e der
Stangenkonstruktion ist durch ein scheibenförmiges Nasenstück 39 verschlossen,
das über
das offene hintere Ende der Stangenkonstruktion paßt und ist
durch einen gewalzten Stift 40 in seiner Position festgehalten, der
durch einander diametral gegenüberliegende Öffnungen 16b in
dem hinteren Ende der Stangenkonstruktion sowie durch Öffnungen
in einander diametral gegenüberliegenden
Laschen 39a an dem Nasenstück 39 hindurchgeführt ist.
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Die Antriebsanordnung 20 beinhaltet
einen Motor 41, einen Bowdenzug bzw. einen Seilzug 42, einen
Halter 44, ein Schneckenrad 46 sowie ein längliches
Antriebselement 48.
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Der Motor 41 weist einen
kleinen Gleichstrom-Elektromotor bekannter Form auf.
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Der Halter 44 ist an dem
unteren Ende des Schwenkarms 14 fest angebracht und haltert
den Motor 41 unter Verwendung geeigneter Gewindeschneidschrauben 50.
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Das Schneckenrad 46 ist
in einer Sehnenbohrung 16f in dem Getriebegehäuse 16a gelagert.
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Der Seilzug 42 wird von
der Ausgangswelle des Motors 41 antriebsmäßig betätigt und
steht in antriebsmäßigem Eingriff
mit dem Schneckenrad 46, so daß durch eine Aktivierung des
Motors das Schneckenrad 46 gedreht wird.
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Das längliche Antriebselement 48 weist
einen vorderen Lagerbereich 48a, einen Schneckenradbereich 48b und
einen sich nach hinten erstreckenden Gewindespindelbereich 48c auf.
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Das Antriebselement 48 ist
in dem Hohlraum der Stangenkonstruktion 16 positioniert,
wobei der vordere Bereich 48a in einer Festhalteeinrichtung 50 gelagert
ist, die in einer Gegenbohrung 16g in dem offenen vorderen
Ende der Stangenkonstruktion geeignet positioniert ist, der Schneckenradbereich 48c in
antriebsmäßi gem Eingriff
mit dem Schneckenrad 46 steht und der Gewindespindelbereich 48c in
gewindemäßigem Eingriff
mit der Mutter 32a steht, so daß eine Aktivierung des Motors 41 den
Effekt hat, daß die
Mutter 32 in der Bohrung 16e nach vorn und nach
hinten geschoben wird, um die Pedalanordnung 18 entlang
der Stangenkonstruktion in Richtung nach vorn und in Richtung nach
hinten einzustellen.
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Zum Zusammenbauen der Pedalvorrichtung wird
eine Schweißverbindung
gebildet durch Einschweißen
des Transmissionsbereichs 16a der Stangenkonstruktion in
das Fenster 14c des Schwenkarms 14 sowie Festschweißen des
Motorhalters 44 an das untere Ende des Schwenkarms; das
verschweißte
Teil wird unter Verwendung der Bolzenanordnung 24 an der
Halterung 12 angebracht; das obere Ende 28b des
Pedalarms 28 wird durch den Schlitz 30a in der
Nabe 30 nach oben bewegt und in seiner Position festgeschweißt; die
Mutter 32 wird oben auf dem Pedalarmbereich 28b positioniert.
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Die Feder 38 wird an dem
Innenumfang der Nabe 30 positioniert, wobei die Endansätze 38b in den Öffnung 38a positioniert
werden; die Hülse 34 wird
in der Nabe 30 montiert, indem die Hülse nach hinten in die Nabe
hineingedrückt
wird, wobei der Schlitz 34b mit dem oberen Bereich 28b des
Pedalarms ausgefluchtet wird und um diesen herum bewegt wird, das
Fenster 34c in Position über der Feder 38 bewegt
wird und ein Flansch 34d an dem hinteren Ende der Hülse mit
dem hinteren Ende 30b der Nabe zusammenarbeitet, um eine
nach vorn gehende Bewegung der Hülse
relativ zu der Nabe auszuschließen,
und wobei der obere Pedalarmbereich 28b mit dem Schlitz 34 zusammenwirkt,
um eine nach hinten gehende Bewegung der Hülse relativ zu der Nabe auszuschließen.
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Die gebildete Pedalanordnung wird
der Stangenkonstruktion 16 dargeboten und an dieser angeordnet,
wobei die Nabe 30 über
den Außenumfang des
Achsenbereichs 16b der Stangenkonstruktion geschoben wird,
der obere Pedalarmbereich 28b in den Schlitz 16f bewegt
wird und die Mutter 32 in eine in dem Hohlraum des Achsenbereichs 16b aufgenommene
Position bewegt wird; das Antriebselement 48 wird in das
vordere Ende der Stangenkonstruktion eingeführt, um den Gewindespindelbereich 48c in gewindemäßigen Eingriff
mit der Mutter 32 zu bringen.
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Das Antriebselement 48 wird
von Hand gedreht, um die Mutter 32 in eine gewünschte axiale Position
in der Stangenkonstruktion zu bewegen; die Festhalte einrichtung 50 wird
in der Gegenbohrung 16g in dem vorderen Ende der Stangenkonstruktion positioniert,
um den Lagerbereich 48a des Antriebselements zu lagern,
worauf die Festhalteeinrichtung entweder durch einen Schnappring
oder durch geeignete Stoßverformung
in ihrer Position gehalten wird.
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Das Schneckenrad 46 wird
in der Bohrung 16f in Antriebseingriff mit dem Schneckenradbereich 48b des
Antriebselements 48 positioniert; das Nasenstück 39 wird
an dem hinteren Ende der Stangenkonstruktion unter Verwendung des
gewalzten Stifts 40 positioniert; der Motor 41 wird
an dem Motorhalter 44 unter Verwendung der Gewindeschneidschrauben 50 angebracht;
und der Seilzug 42 wird zwischen dem Ausgang des Motors
und dem Schneckenrad 46 antriebsmäßig angebracht.
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Die Bremspedalanordnung ist nun bereit
für die
Auslieferung an einen Kraftfahrzeughersteller, wobei die Montage
in dem Kraftfahrzeug einfach dadurch erfolgt, daß die Halterung 12 an
der Motorraum-Rückwand
bzw. hitzebeständigen
Trennwand des Fahrzeugs befestigt wird und die Bremsbetätigungsstange 49 des
Kraftfahrzeugs an dem Schwenkzapfen 14b angebracht wird.
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Im Betrieb wird die Position der
Bremspedalfläche 26 relativ
zu dem Fahrersitz 50 des Kraftfahrzeugs sowie relativ zu
der Bedienungsperson selektiv eingestellt, indem der Motor 41 selektiv
aktiviert wird, um die Mutter 32 in der Bohrung 16e der
Stangenkonstruktion selektiv vorwärts und rückwärts zu bewegen und dadurch über die
antriebsmäßige Verbindung
zwischen der Mutter und der Pedalanordnung die Pedalanordnung entlang
der Stangenkonstruktion selektiv nach vorn und nach hinten zu bewegen.
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Wie in 6 gezeigt
ist, kann die einstellbare Bremspedalvorrichtung 10 in
Verbindung mit einer einstellbaren Fahrpedal-Steuervorrichtung 60 eingestellt
werden, so daß die
Bremspedalfläche 26 der Bremspedalvorrichtung
und die Fahrpedalfläche 62 der
Fahrpedalvorrichtung gleichzeitig bewegt werden.
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Wie in 5 gezeigt
ist, läßt sich
dies erzielen durch Fortführen
des Seilzugs 42 von der Bremspedal-Steuervorrichtung 10 zu
der Fahrpedal-Steuervorrichtung 60, wobei der fortgeführte Seilzug 42a ein
Schneckenrad 63 antreibt, das in dem Getriebegehäusebereich 64a der
Führungsstangenkonstruktion 64 des
Fahrpedalmechanismus gelagert ist, um den Schneckenradbereich 66b eines
läng lichen
Antriebselements 66 antriebsmäßig zu bewegen, das in der
Führungsstangenkonstruktion 64 positioniert
ist und einen Gewindespindelbereich 66c für den Eingriff
mit der Mutter 70 aufweist, die in dem Achsenbereich 64b der
Stangenkonstruktion 64 positioniert ist, um den Fahrpedalarm 72 entlang
der Stangenkonstruktion vorwärts
und rückwärts zu bewegen,
wie dies insgesamt vorstehend in Bezug auf die Bremspedalanordnung 10 beschrieben
worden ist.
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Der Getriebegehäusebereich 64a der
Führungsstangenkonstruktion 64 wird
durch Schweißen in
einem Fenster 74a positioniert, das in einem Schwenkarm 74 ausgebildet
ist, der zur Ausführung einer
Schwenkbewegung an seinem unteren Ende um eine Schwenkachse 76 angebracht
ist, die durch eine an der Fahrzeug-Trennwand befestigte Montagehalterung 77 definiert
ist.
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Der Schwenkarm 74 weist
an seinem oberen Ende eine Seilzug-Befestigungskonstruktion 74b zum
Befestigen eines Fahrpedal-Seilzugs 78 auf, und ferner
beinhaltet die Vorrichtung eine Seilzug-Halterung 80, die
an dem Schwenkarm 74 befestigt ist und betriebsmäßig dazu
ausgebildet ist, die Seilzugverlängerung 72a in
einer Weise zu haltern, daß die
antriebsmäßige Verbindung
der Seilzugverlängerung
mit dem Schneckenrad 63 vereinfacht ist.
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Bei der in 6 dargestellten Anordnung hat eine Aktivierung
des einzelnen Motors 41, der der Bremspedalanordnung 10 zugeordnet
ist, den Effekt, daß sowohl
die Bremspedalfläche 26 als
auch die Fahrpedalfläche 62 gleichzeitig
eingestellt werden.
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Eine Steuerschaltung für den Motor 41 ist
in den 6 und 8 dargestellt, wobei die
Steuerschaltung zusätzlich
zu dem Motor 41 ein Potentiometermodul 84, einen
Empfänger 86,
eine CPU oder einen Mikroprozessor 88 und ein Steuerfeld 90 aufweist.
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Das Potentiometer 84 ist
an dem von der Motorausgangswelle abgelegenen Ende des Motors 41 angebracht
und hat die Funktion, die Umdrehungen des Motors zu zählen und
ein Signal auf einer Leitung 92 zu erzeugen, das die Anzahl
der gezählten
Motorumdrehungen (Motordrehzahl) angibt.
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Bei der CPU 88 kann es sich
um einen an Bord des Fahrzeugs bereits vorhandenen Computer handeln.
Die CPU 88 empfängt
Motorwellen-Positionsinformation von dem Potentiometer 84 über die Leitung 92 und
steuert den Motor 41 über
eine Leitung 94.
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Das Steuerfeld 90 kann auf
dem Instrumentenfeld des Fahrzeugs an einer Stelle positioniert sein,
die für
eine auf dem Sitz 50 sitzende Bedienungsperson bequem ist,
und kann eine Vorwärtstaste 98,
eine Rückwärtstaste 100 sowie
eine Speichertaste 102 beinhalten. Das Steuerfeld 90 ist
mit der CPU 88 über
eine Leitung 104 in geeigneter Weise verbunden.
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Im Gebrauch der Steuerpedalanordnung
ist ein Einstellen der Steuerpedalanordnungen in Richtung nach vorn
und nach hinten durch eine auf dem Sitz 50 sitzende Bedienungsperson
in einfacher Weise möglich,
indem diese die Vorwärts- und die Rückwärtstaste 98 und 100 selektiv
drückt,
bis die Steuerpedalanordnungen die gewünschten bequemen Positionen
für die
Bedienungsperson einnehmen, oder alternativ hierzu können die
Steuerpedalanordnungen automatisch in vorgegebene Positionen bewegt werden,
und zwar unter Verwendung eines von der Person des Bedieners mitgeführten Fernsteuersenders 106,
der betriebsmäßig dazu
ausgebildet ist, ein Signal 108 mit einem für die Bedienungsperson
spezifischen Code zu dem Empfänger 86 zu
senden.
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Bei Verwendung des Fernsteuerungs-Senders 106 bewegt
die sitzende Bedienungsperson die Pedalanordnungen in ihre gewünschten
Positionen unter Verwendung der Vorwärts- und der Rückwärtstaste 98, 100,
und danach drückt
die Bedienungsperson die Speichertaste 102, um eine Einstellung
in dem Speicher des Computers für
diesen bestimmten Fahrer entsprechend den diesem bestimmten Fahrer Rechnung
tragenden Einstellungen der Steuerpedalanordnungen zu speichern.
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Wenn sich der Fahrer später dem
Fahrzeug nähert,
kann der Sender 106 verwendet werden, um dem Empfänger 86 ein
codiertes Signal zu senden, um dadurch dem Computer zu signalisieren,
auf die Computer-Speichereinstellung für den betreffenden Fahrer zuzugreifen
und den Motor dahingehend zu betätigen,
daß die
Pedalanordnungen auf die dem jeweiligen Fahrer Rechnung tragenden
Einstellungen zu bewegt werden.
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Es erfolgt nun eine Beschreibung
der zweiten Ausführungsform,
die gemäß der vorliegenden Erfindung
ausgebildet ist und in den 9–18 veranschaulicht ist.
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Die Fahrpedalanordnung 110 gemäß der zweiten
Ausführungsform
soll grob betrachtet eine effiziente Vorwärts- und Rückwärtsbewegung der Pedalanordnung
ermöglichen,
um Bedienungspersonen mit unterschiedlichen anatomischen Abmessungseigenschaften
Rechnung zu tragen, und ist betriebsmäßig dazu ausgebildet, ein elektronisches oder
seilzugbetätigtes
Signal ansprechend auf eine Schwenkbewegung der Pedalanordnung zu
erzeugen, wobei die gleiche ergonomische Betätigung des Pedals unabhängig von
der Einstellposition des Pedals aufrecht erhalten bleibt.
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Die Pedalanordnung 110 besitzt
eine Montagehalterung 111, eine Führungskonstruktion 112, eine
Trägeranordnung 113,
eine Antriebsanordnung 114, eine Pedalanordnung 116,
eine Widerstandsanordnung 118 und eine Generatoreinrichtung 120.
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Die Montagehalterung 111 ist
dazu ausgebildet, unter Verwendung geeigneter Befestigungseinrichtungen
an der Armaturenbretttafel 122 des zugehörigen Kraftfahrzeugs
in geeigneter Weise befestigt zu werden, wie dies bekannt ist.
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Die Führungskonstruktion 112 beinhaltet
einen Getriebegehäusebereich 112a und
einen Führungsstangenbereich 112b.
Der Getriebegehäusebereich 112a ist
an der Halterung 111 in geeigneter Weise befestigt und
erstreckt sich von dieser nach hinten und weist eine allgemein kastenförmige Konfiguration
auf, in der eine axiale Bohrung 112c gebildet ist, die
an der Vorderseite 112b des Gehäusebereichs offen ist und in
der ferner eine zentrale Bohrung 112e in einer Rückwand 112f des
Gehäusebereichs
gebildet ist, die mit der Bohrung 112c konzentrisch ist.
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Der Führungsstangenbereich 112b erstreckt sich
von der Rückwand 112f des
Getriebegehäusebereichs
starr nach hinten und ist hohl, so daß eine rohrförmige Konfiguration
gebildet ist, die eine zentrale kreisförmige axiale Bohrung 112g bildet,
die mit den Bohrungen 112c und 112e konzentrisch
ist; ferner ist der Führungsstangenbereich 112b an
seinen hinteren Ende 112h offen, und er weist einen oberen axialen
Schlitz 112i auf, der sich von einer Stelle in der Nähe der Getriebegehäusewand 112f bis
zu einer Stelle in der Nähe
des hinteren Führungsstangenendes 112h erstreckt.
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Die Trägeranordnung 113 beinhaltet
ein Gehäuse 124,
eine Mutter 126, eine Hülse 127 und
ein Keilelement 128.
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Das Gehäuse 124 ist entlang
des Führungsstangenbereichs 112b der
Führungskonstruktion 112 verschiebbar
ausgebildet und ist vorzugsweise aus einen linken und einem rechten
geformten Bereich 130 und 132 aus Acetalkunststoff
gebildet, die unter Verwendung von Befestigungseinrichtungen, durch Heißsiegeln
oder andere Mittel entlang einer vertikalen Ebene in geeigneter
Weise zusammengefügt sind.
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Der linke Gehäusebereich 130 weist
einen oberen Bereich 130a, der eine axiale Durchgangsbohrung 130b bildet,
sowie einen unteren Bereich 130c auf, der eine ringförmige Nabenkonstruktion 130d und
eine ringförmige
Federkammer 130e bildet, die in die Nabenkonstruktion 130d konzentrisch
umgebender Relation ausgebildet ist und einen Endbereich 130f aufweist.
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Das Gehäuse 124 ist auf dem
Führungsstangenbereich 112b der
Führungskonstruktion 112 angebracht,
wobei die Hülse 127 in
der Bohrung 130b positioniert ist und der Führungsstangenbereich 112b in
der Hülse 127 verschiebbar
positioniert ist, um dadurch das Gehäuse zur Ausführung einer
Verschiebebewegung entlang der Führungsstange
zu montieren.
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Der rechte Gehäusebereich 132 ist
im allgemeinen hohl und besitzt eine äußere Seitenwand 132a,
eine obere Wand 132b, eine vordere Wand 130c,
eine untere Wand 130d sowie eine abgewinkelte Rückwand 132e,
in der eine Öffnung 132f gebildet
ist.
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Die Mutter 126, die vorzugsweise
aus Kunststoff gebildet ist, ist kreisförmig, zur Ausführung einer Verschiebbewegung
in der kreisförmigen
Bohrung 122g der Führungsstange 112b angebracht
und bildet eine zentrale Gewindebohrung 126a.
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Das Keilelement 128 ist
an seinem unteren Ende 128a in einer Kerbe oder Tasche 126b in
dem oberen Umfangsbereich der Mutter 126 eingesetzt und
erstreckt sich nach oben durch einen Schlitz 127a in der
Hülse 127 hindurch,
durch einen Führungsstangenschlitz 112i hindurch
sowie durch eine Öffnung 1308 in
der oberen Wand 130h des linken Gehäusebereichs 130 hindurch,
um an seinem oberen Ende 128b mittels Befestigungseinrichtungen 133 an
einer Flanschkonstruktion 130i befestigt zu werden, die
von der oberen Wand 130h des linken Gehäusebereichs nach oben steht.
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Das Keilelement 128 verbindet
die Mutter 126 und das Gehäuse 124 somit in verriegelnder Weise
miteinander, so daß eine
Bewegung der Mutter 126 in der Bohrung 112g auf
das Gehäuse 124 übertragen
wird, um das Gehäuse 124 entlang
des Führungsstangenbereichs 112b axial
zu bewegen.
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Die Antriebsanordnung 114 weist
einen Motor 134, einen Seilzug 136, einen Halter 138,
eine Schneckeverzahnungseinrichtung 140 sowie ein längliches
Antriebselement 142 auf.
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Der Motor 134 umfaßt einen
geeigneten Elektromotor, bei Bedarf mit Positionsspeicher, und ist
in der Nähe
der Halterung 111 an der Armaturenbretttafel 122 in
geeigneter Weise befestigt.
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Der Seilzug 134 umfaßt einen
allgemein bekannten Bowdenzug und ist an seinem einen Ende 136a an
der Ausgangswelle des Motors 134 antriebsmäßig befestigt.
Das andere Ende 136b des Seilzugs 136 ist an der
Schneckenverzahnungseinrichtung 140 antriebsmäßig angebracht.
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Die Schneckenverzahnungseinrichtung 140 ist
in einer schräg
nach oben verlaufenden Bohrung 112j in dem Getriebegehäuse 112a geeignet
gelagert, und zwar in Relation zu der Bohrung 112c winkelig
unter dieser liegend.
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Das Antriebselement 142 weist
einen vorderen Lagerbereich 142a, ein Schneckenrad 142b und einen
hinteren Gewindespindelbereich 142c auf. Das Antriebselement 142 ist
in der Führungskonstruktion 112 positioniert,
wobei der Lagerbereich 142a in einer Festhalteeinrichtung 144 gelagert
ist, die in einer Senkbohrung 112k in dem vorderen Ende
des Getriebegehäuses 112a positioniert
ist, das Schneckenrad 142b in antriebsmäßigem Eingriff mit der Schneckenverzahnungseinrichtung 140 steht
und sich die Gewindespindel 142c nach hinten durch die
Bohrung 112e sowie zentral in der Führungsstangenkonstruktion 112b erstreckt,
um mit der mit Gewinde versehenen zentralen Bohrung 126a der
Mutter 126 gewindemäßigen Eingriff
herzustellen.
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Es ist nun zu erkennen, daß eine Betätigung des
Motors 134 den Effekt hat, daß die Gewindespindel 142c rotationsmäßig bewegt
wird, um dadurch die Mutter 126 und des Gehäuse 124 entlang
der Führungsstange 112b nach
vorn und nach hinten zu bewegen, wobei das Ausmaß der nach vorn und nach hinten
gehenden Bewegung durch den Eingriff des Keilelements 126 mit
dem vorderen und dem hinteren Ende des Schlitzes 112i definiert
und begrenzt ist.
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Die Pedalanordnung 116 beinhaltet
einen Pedalarm 146, eine Pedalfläche 148, die an dem
unteren Ende 146a des Pedalarms angebracht ist, sowie eine
Schwenkachse 150. Der Pedalarm 146 erstreckt sich
nach oben durch einen in dem Gehäuse 124 gebildeten
Schlitz 151 an der unteren Verbindungsstelle des linken
und des rechten Gehäusebereichs 130 und 132 hindurch.
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Die Schwenkachse 150 ist
an dem oberen Ende 146b des Pedalarms fest angebracht und
beinhaltet einen linken Bereich 150a, der in einer Öffnung 130g in
der nach außen
weisenden Seite des linken Gehäusebereichs 130 konzentrisch
zu der Nabenkonstruktion 130b gelagert ist, sowie einen
rechten Bereich 150b, der in einer Seitenwand 132a des rechten
Gehäusebereichs 132 unter
Verwendung einer Hülse 152 gelagert
ist.
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Die Widerstandsanordnung 118 beinhaltet den
Nabenbereich 130d des linken Gehäusebereichs 130 sowie
ferner eine Schraubenfeder 154 und ein Hülsenelement 156.
Die Widerstandsanordnung 118 ist dafür vorgesehen, der Bedienungsperson
eine Rückkopplung
oder ein "Gefühl" zu liefern, um die
Rückkopplung
zu ersetzen, die normalerweise durch die mechanische Verbindungseinrichtung geschaffen
wird, die das Fahrpedal und die Kraftstoffdrosselung miteinander
verbindet.
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Bei einer mechanischen Verbindungseinrichtung
ist der beim Vorwärtsbewegen
des Fahrpedals erforderliche Pedaldruck größer als derjenige, der zum
Aufrechterhalten einer feststehenden Position erforderlich ist.
Diese Differenz wird häufig
als eine durch den Hystereseeffekt bedingte Differenz bezeichnet.
Dieser Effekt ist wichtig, um das Fahrpedal in Position zu halten,
während
man mit einer relativ konstanten Geschwindigkeit fährt, und
er ist auch bei der Erzielung einer gewünschten Verzögerungszeit bzw.
Bremszeit zu berücksichtigen.
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Der Druck, der beim Bremsen aufgebracht werden
muß, ist
leicht zu halten, doch wenn der Gegendruck einer Beschleunigungsfeder
den gleichen Effekt während
der Zeit erzeugen würde, über die
die Geschwindigkeit gehalten werden muß, würde es für die Bedienungsperson sehr
rasch unangenehm werden, eine relativ konstante Geschwindigkeit
zu halten. Hier sorgt der Hystereseeffekt für Abhilfe.
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Er verringert die Last, die zum Halten
einer Stellung des Beschleunigungspedals bzw. Fahrpedals erforderlich
ist, während
dennoch Kraft vorhanden ist, um eine umgekehrte Pedalwirkung hervorzurufen,
wenn der durch den Fuß aufgebrachte
Druck aufgehoben wird. Die Widerstandsanordnung 118 liefert
das "Gefühl" einer mechanischen
Verbindungseinrichtung, die den gewünschten Hystereseeffekt beinhaltet,
um Ermüdung
der Bedienungsperson zu vermeiden.
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Das Hülsenelement 156 kann
zum Beispiel aus einem Delrin®-Kunststoffmaterial gebildet
sein und wird im Reibungssitz über
der Nabenkonstruktion 130d positioniert, um eine ringförmige Kunststoff-an-Kunststoff-Reibungsfläche 157 zu
bilden.
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Bei der Feder 154 handelt
es sich um eine Schraubenfeder, die vorzugsweise aus einem geeigneten
Eisenmaterial gebildet ist. Die Feder 154 weist zusätzlich zu
den primären
Windungen 154a einen pedalseitigen Endbereich 154b und
einen gehäuseseitigen
Endbereich 154c auf. Die Feder 154 ist in einer
Federkammer 130e derart positioniert, daß die primären Windungen 154a das
Hülsenelement 156 fest
umschließen,
wobei der pedalseitige Endbereich 154b an einem Ansatz 146c angreift,
der sich von dem Pedalarm 146 weg erstreckt, und der gehäuseseitige
Endbereich 154c in dem Endbereich 130f der Federkammer 130 positioniert
ist.
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Die Generatoreinrichtung 120 weist
ein Potentiometer 160 auf, das in dem Hohlraum des rechten
Gehäusebereichs 132 positioniert
ist und an der Gehäuseseitenwand 132a geeignet
befestigt ist. Das Potentiometer 160 weist folgende Komponenten
auf: eine zentrale Achse, die durch den Schwenkachsenbereich 150b gebildet
ist; ein zu dem Achsenbereich 150b konzentrisches Gehäuse 160a;
eine Vielzahl von Widerstandselementen 160b, die umfangsmäßig um den
Innenumfang des Gehäuses 160a Seite
an Seite angebracht sind; einen Schleifarm 160c, der an dem
Achsenbereich 150b angebracht ist und betriebsmäßig dazu
ausgebildet ist, in Abhängigkeit
von einer Schwenkbewegung der Achse 150 gleitend mit den
Widerstandselementen 160b in elektrischen Eingriff zu treten;
sowie einen Auslaß 160b,
der durch die Öffnung 132f in
der rechten Gehäuserückwand 132a nach
hinten ragt und mit dem Schleifarm 160c sowie den Widerstandselementen 160b elektrisch derart
verbunden ist, daß das
an dem Auslaß bzw. Ausgang 160d auftretende
elektrische Signal proportional zu dem Ausmaß der Schwenkbewegung der Schwenkachse 150 variiert.
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Es ist zu erkennen, daß eine Schwenkbewegung
der Pedalanordnung 116 den Effekt hat, daß der Schwenkachsenbereich 150b rotationsmäßig bewegt
wird und dadurch das elektrische Signal variiert wird, das an dem
Potentiometer-Ausgang 160b auftritt, so daß das an
dem Ausgang 160d auftretende Signal zu allen Zeiten hinsichtlich
der Schwenkbewegung des Pedals proportional ist und diese Schwenkbewegung
anzeigt.
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Es versteht sich, daß das Potentiometer 160 in
geeigneter Weise mit elektrischer Energie versorgt wird und eine
elektrische Leitung 162 in geeigneter Weise an dem Potentiometer-Ausgang 160 angeschlossen
ist und sich zu der Fahrzeug-Funktionseinrichtung
oder Zubehöreinrichtung,
wie zum Beispiel der Drosseleinrichtung des Fahrzeugs, die von der Pedalanordnung
elektrisch gesteuert wird, erstreckt.
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Beim Betrieb der einstellbaren Pedalanordnung
gemäß der Ausführungsform
der Erfindung wird die Position der Pedalfläche 148 relativ zu
der Bedienungsperson selektiv eingestellt, indem der Motor 134 selektiv
aktiviert wird, um die Mutter 126 in der Führungsstangenbohrung 112g selektiv
nach vorn und nach hinten zu bewegen und dadurch die Pedalanordnung über das
Keilelement 128 entlang der Führungsstange 112b selektiv
nach vorn und nach hinten zu bewegen, wobei die Grenzen der nach
vorn und nach hinten gehenden Bewegung durch den Eingriff des Keilelements 128 mit
dem jeweiligen vorderen und hinteren Ende des Schlitzes 112i bestimmt wird.
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In jeder beliebigen Einstellposition
des Pedals führt
die Betätigung
des Pedals oder die Freigabe des Pedals in der vorstehend beschriebenen
Weise zu der Erzeugung eines Ausgangssignals an dem Ausgang 160,
das proportional zu dem Ausmaß der Schwenkbewegung
ist.
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Da die Schwenkbewegung des Pedalarms
in jeder Einstellposition der Pedalkonstruktion exakt die gleiche
ist, kommt es unabhängig
von der Einstellposition der Pedalanordnung sowie unabhängig von
der anatomischen Statur der Bedienungsperson zu keinen Veränderungen
in der Ergometrie der Anordnung.
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Wenn das Pedal nach unten bewegt
wird, wird das Pedal mit einem "Gefühlseffekt" beaufschlagt, der
das Gefühl
einer mechanischen Verbindungseinrichtung zwischen dem Pedal und
dem gesteuerten Fahrzeugsystem durch die kombinierte Wirkung der
Spannung der Schraubenfeder 154 und der reibungsmäßigen Gleitbewegung
oder dem Schleifeingriff zwischen dem Hülsenelement 156 und der
Nabenkonstruktion 130d an der Reibungs-Grenzfläche 157 simuliert.
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Das heißt, wenn eine Kraft zum Bewegen des
Pedals nach unten aufgebracht wird, ist der aufgebrachte Gefühlseffekt
additiv und ist gleich dem kombinierten Torsionswiderstand der Feder 154 und dem
Reibungswiderstand, der an der ringförmigen Grenzfläche 157 zwischen
dem Hülsenelement 156 und
der Nabenkonstruktion 130 erzeugt wird.
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Es ist zu erkennen, daß in dem
Moment, in dem der durch die Feder 154 geschaffene Torsionswiderstand
proportional zu dem Ausmaß der
nach unten gehenden Pedalschwenkbewegung zunimmt, auch der Reibungswiderstand
an der Grenzfläche 157 progressiv
zunimmt, und zwar aufgrund der progressiv höheren Quetschkraft, die von
der progressiv fester gezogenen Feder 154 auf das Hülsenelement 156 ausgeübt wird.
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Wenn das Pedal anschließend freigegeben wird
oder unter der Wirkung der Feder 154 zurückkehren
kann, wird die allmählich
sinkende Reibungskraft an der Grenzfläche 157 in Bezug auf
die allgemein sinkende Torsionsfederkraft subtraktiv und nicht mehr
additiv, so daß der
gewünschte
Hystereseeffekt erzeugt wird.
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Das auf das Pedal aufgebrachte Ausmaß an Gefühl läßt sich
somit exakt einstellen, indem die Federrate oder andere Parameter
der Feder 154 eingestellt werden und/oder indem die Materialien
oder andere Parameter des Hülsenelements 156 und
der Nabenkonstruktion 120d eingestellt werden, so daß es relativ
einfach wird, eine Feinabstimmung des Systems zum Erzielen einer
beliebigen gewünschten Gefühlswirkung
sowie eines beliebigen gewünschten Hystereseeffekts
zu erzielen.
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Die erfindungsgemäße einstellbare Steuerpedalvorrichtung
weist erkennbar viele wesentliche Vorteile auf. Genauer gesagt,
es vereinfachen die Ausbildung und Konstruktion der Pedalanordnung die
Herstellung jedes Elements der Pedalanordnung sowie die einfache
Montage der verschiedenen Elemente, so daß sich die Gesamtkosten der
Anordnung insgesamt vermindern. Ferner erfordert die erfindungsgemäße Ausbildung
der Pedalanodnung weniger Teile als Ausführungsfor men beim Stand der Technik,
sie schafft einen besseren Laufsitz für die Anordnung und verbessert
die Einhaltbarkeit von Herstellungs- und Montagetoleranzen.
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Es sind zwar bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung ausführlich
dargestellt und beschrieben worden, jedoch versteht es sich, daß im Umfang der
Erfindung verschiedene Änderungen
an den offenbarten Ausführungsformen
vorgenommen werden können.