WO2020152024A1 - Pedal for a vehicle and system for a vehicle having a pedal - Google Patents

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WO2020152024A1
WO2020152024A1 PCT/EP2020/051035 EP2020051035W WO2020152024A1 WO 2020152024 A1 WO2020152024 A1 WO 2020152024A1 EP 2020051035 W EP2020051035 W EP 2020051035W WO 2020152024 A1 WO2020152024 A1 WO 2020152024A1
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WO
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pedal
sensor
rotation
axis
force sensor
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/051035
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German (de)
French (fr)
Inventor
Martin BIALASCHIK
Nils Labahn
Andreas MÜLLER
Original Assignee
HELLA GmbH & Co. KGaA
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Publication date
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T7/00—Brake-action initiating means
    • B60T7/02—Brake-action initiating means for personal initiation
    • B60T7/04—Brake-action initiating means for personal initiation foot actuated
    • B60T7/042—Brake-action initiating means for personal initiation foot actuated by electrical means, e.g. using travel or force sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
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    • B60T8/32—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration
    • B60T8/321—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration deceleration
    • B60T8/3255—Systems in which the braking action is dependent on brake pedal data
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60T8/40—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration having a fluid pressure regulator responsive to a speed condition comprising an additional fluid circuit including fluid pressurising means for modifying the pressure of the braking fluid, e.g. including wheel driven pumps for detecting a speed condition, or pumps which are controlled by means independent of the braking system
    • B60T8/4072—Systems in which a driver input signal is used as a control signal for the additional fluid circuit which is normally used for braking
    • B60T8/4081—Systems with stroke simulating devices for driver input

Definitions

  • the present invention relates to a pedal for a vehicle of the type mentioned in the preamble of claim 1 and to a system for a vehicle of the type mentioned in the preamble of claim 14.
  • a pedal for a vehicle comprising a base part for mounting the pedal on a structure of the vehicle, an axis of rotation arranged on the base part, a pedal arm arranged rotatably about the axis of rotation on the axis of rotation , a force sensor for measuring an operating force exerted on the pedal arm, a displacement sensor for measuring a pedal travel covered by the pedal arm, and a pedal emulator mechanically coupled to the pedal arm for generating an opposing force acting on the pedal arm.
  • a system for a vehicle comprising such a pedal with a force sensor and a displacement sensor, a control and at least one actuator, the force sensor, the displacement sensor and the at least one actuator by means of signal transmission connections stand with the controller in signal transmission connection, and wherein the at least one actuator can be controlled by means of the controller as a function of output signals from the force sensor and the displacement sensor.
  • the present invention has for its object to provide a pedal for a vehicle and a system for a vehicle with such a pedal, in which a largely electronic pedal with high functional reliability is made possible.
  • a major advantage of the invention is in particular that a largely electronic pedal is made possible with a high level of functional reliability.
  • a higher dynamic of the force measurement is achieved and on the other hand the influence of friction on the force measurement and the distance measurement is reduced.
  • the force sensor and the displacement sensor can be freely selected in wide suitable limits according to type, function, material, dimensioning, arrangement and number.
  • a particularly advantageous development of the pedal according to the invention provides that the force sensor and / or the displacement sensor are / is designed as a contactless sensor. In this way, the influence of friction on the force measurement and / or the displacement measurement is further reduced.
  • an advantageous development of the aforementioned embodiment of the pedal according to the invention provides that the force sensor and / or the displacement sensor are / is designed as an inductive sensor. As a result, the contactless force sensor and / or displacement sensor is implemented in a structurally simple manner. Furthermore, inductive sensor technology is very precise, so that high-quality force and / or displacement measurement is possible.
  • An advantageous development of the last-mentioned embodiment of the pedal according to the invention provides that the displacement sensor has a rotor and a stator, the rotor being arranged on the pedal arm and the stator in a rotationally fixed manner in the effective range of the rotor relative to the axis of rotation. In this way, the arrangement of the displacement sensor in the immediate area of the axis of rotation is made possible in a structurally particularly simple manner. For example, it is conceivable that the stator of the displacement sensor is attached directly to the axis of rotation.
  • the force sensor has the displacement sensor according to the last-mentioned embodiment, a rotor and a stator, the rotor being arranged on an element which is rotatable on the axis of rotation and about the axis of rotation and via an elastic element with the pedal arm mechanically coupled lever arm and the stator is rotatable relative to the axis of rotation in the effective range of the rotor angeord net.
  • the arrangement of the force sensor in the immediate region of the axis of rotation analogously to the displacement sensor, is re-alized in a particularly simple manner. Accordingly, it is possible that the stator of the force sensor, similar to the displacement sensor, is also attached directly to the axis of rotation.
  • a particularly advantageous development of the last-mentioned embodiment, based on claim 4, provides that the stator of the force sensor and the stator of the displacement sensor are arranged on a single circuit board. In this way, the construction is simplified and an overall space-saving design is possible.
  • the mechanical coupling of the lever arm to the pedal arm by means of the elastic element in terms of type, function, material, dimensioning, arrangement and number can be freely selected within wide suitable limits.
  • the elastic element is configured as a compression spring or as a torsion bar.
  • a mechanical coupling of the pedal emulator to the lever arm for the purpose of transmitting power from the pedal emulator to the pedal arm Use of a torsion bar, for example, has the advantage that the pedal according to the invention can be designed largely or essentially free of lateral forces.
  • other embodiments of the elastic element are also conceivable.
  • the force sensor and / or the displacement sensor are / are at least partially redundant. This further improves the quality of the force measurement and / or the displacement measurement and, on the one hand, any malfunctions are easier to detect.
  • a safe function of the pedal is passed on in the event of a fault in one of the force sensors and / or displacement sensors by means of the error-free force sensor and / or displacement sensor.
  • the measuring range of the force sensor is designed to be adapted to the pedal travel of the pedal arm in such a way that a relative movement of parts of the force sensor which are movable relative to one another is minimized. In this way, the influence of friction and damping on the force sensor is reduced to a minimum. A measurement that is as free from friction and damping as possible is particularly important for the quality when measuring with the force sensor.
  • a further advantageous development of the pedal according to the invention provides that the pedal has at least one further sensor for measuring a physical variable dependent on the movement of the pedal arm.
  • the measurement of the movement of the pedal arm is additionally improved, so that, for example, the quality of the force measurement by means of the force sensor and / or the quality of the distance measurement by means of the distance sensor is further improved by the at least one further sensor.
  • the formation of the at least one white sensor as a redundant force sensor and / or displacement sensor is conceivable, but not mandatory.
  • the at least one additional sensor can be freely selected in wide suitable limits according to the type, mode of operation, material, dimensioning, arrangement and number.
  • At least one of the at least one further sensor has a function which differs from the function of the force sensor and / or the displacement sensor.
  • the at least one further sensor is designed as a sensor redundant to the force sensor and / or the displacement sensor, not only is redundancy according to the number possible, but also redundancy according to the functional principle of the respective sensor.
  • the pedal according to the invention can be freely selected within wide suitable limits.
  • the invention can advantageously be used with a large number of conceivable pedals in which higher demands are placed on functional reliability.
  • the invention is therefore particularly advantageously applicable to pedals designed as brake pedals.
  • an advantageous further development of the system according to the invention provides that the signal transmission connection between the controller on the one hand and the force sensor and / or the displacement sensor on the other hand is formed redundantly.
  • the controller has two signal processing units that differ from one another, the output signal of the force sensor and the output signal of the displacement sensor each being simultaneously transmissible to and processing in both signal processing units by means of mutually different signal transmission connections.
  • Fig. 1 shows an embodiment of the system according to the invention with an inventive pedal according to the invention in a partial side view.
  • FIG. 2 The embodiment of Fig. 1 in partial representation in a front tal view.
  • FIG. 1 an embodiment of the system according to the invention with a pedal according to the invention is shown in a side view.
  • the system 2 for a vehicle comprises a pedal 4 with a force sensor 6 and a displacement sensor 8, a controller 10 and at least one actuator 12, with the force sensor 6, the displacement sensor 8 and the at least one actuator 12 using signal transmission connections the controller 10 is in signal transmission connection, and wherein the at least one actuator 12 can be controlled by means of the controller 10 as a function of output signals from the force sensor 6 and the displacement sensor 8 of the pedal 4.
  • the Control 10 two mutually different signal processing units, the output signal of the force sensor 6 and the output signal of the displacement sensor 8 each being simultaneously transferable and processable in both signal processing units by means of different signal transmission connections to each other. 1 and 2, the mutually different signal transmission connections and the mutually different signal processing units of the controller 10 are not shown.
  • the pedal 4 is a brake pedal of the vehicle and at least one actuator 12 is the brakes of the vehicle.
  • the pedal 4 comprises a base part 14 for mounting the pedal 4 on a structure of the vehicle (not shown), an axis of rotation 16 arranged on the base part 14, a pedal arm 18 arranged rotatably about the axis of rotation 16 on the axis of rotation 16, the aforementioned force sensor 6 Measurement of an actuating force exerted on the pedal arm 18, the above-mentioned displacement sensor 8 for measuring a pedal travel covered by the pedal arm 18 and a pedalemulator 20 mechanically coupled to the pedal arm 18 for generating a counterforce acting on the pedal arm 18 in opposition to the actuating force.
  • the pedal emulator 20 for generating a counterforce to the actuating force we counteracting force on the pedal arm 18 is mechanically coupled to the pedal arm 18 by means of a fleece arm 22 and an elastic element 24 designed as a compression spring, the pedal emulator 20 being articulatedly connected to the fleece arm 22, and wherein the flail arm 22 is rotatably arranged on the axis of rotation 16.
  • the force sensor 6 and the displacement sensor 8 are each designed as a contactless sensor, namely as an inductive sensor.
  • the displacement sensor 8 has a rotation test arranged on the pedal arm 18 and a rotor 26 arranged on a in the area of the rotor 26 rotation test relative to the axis of rotation 16 arranged circuit board 28 and designed as stator structures, not shown, on the stator.
  • the force sensor 6 has, in addition to the above-described displacement sensor 8, a rotation test on the lever arm 22 arranged rotor 30 and a on the in the effective range of the rotor 30 relative to the axis of rotation 16 arranged test circuit board 28 and stator structures designed as not shown on stator.
  • the force sensor 6 is not functionally assigned to the rotor 30, but also the rotor 26 and the stator of the displacement sensor 8, which will be explained in more detail below.
  • the measuring range of the force sensor 6 is adapted to the pedal travel of the pedal arm 18 in such a way that a relative movement of parts of the force sensor 6 that are movable relative to one another is minimized.
  • the force sensor 6 and the displacement sensor 8 are each arranged in the immediate area of the axis of rotation 16; see also FIG. 2.
  • the force sensor 6 and the displacement sensor 8 are each at a distance of less than or equal to 5 times the diameter of the axis of rotation 16, particularly preferably at a distance of less than or equal to 2 times the diameter the axis of rotation 16 is arranged about the axis of rotation 16.
  • Fig. 2 shows the embodiment of the invention according to FIG. 1 in a partial view in a front view.
  • the arrangement of the force sensor 6 and the displacement sensor 8 of the pedal 4 can be clearly seen in each case in the immediate area of the axis of rotation 16 of the base part 14. On the one hand, this results in a higher dynamic force measurement and, on the other hand, the influence of friction on the force measurement and reduced the distance measurement.
  • a user of the vehicle wants to brake the vehicle and presses with one foot on the pedal arm 18, so that the pedal arm 18 rotates in the image plane of FIG. 1 clockwise about the axis of rotation 16 of the base part 14 and thereby being transferred from a rest position to an actuation position.
  • This movement of the pedal arm 18 by means of an actuating force exerted by the user on the pedal arm 18 takes place against the counterforce of the pedal emulator 20, which is mechanically coupled to the pedal arm 18 by means of the fleece arm 22 and the elastic element 24.
  • the pedal emulator 20 By means of the pedal emulator 20, a haptic of a conventional mechanical pedal can be emulated, so that the user of the vehicle is essentially given the haptic impression as with a conventional mechanical pedal.
  • the pedal travel covered by the pedal arm 18 when it rotates about the axis of rotation 16 is detected by the travel sensor 8, namely the rotor 26 arranged on the pedal arm 18 in a rotationally fixed manner and the stator structure of the travel sensor 8 arranged on the printed circuit board 28, and in an output signal of the travel sensor 8 converted.
  • This output signal of the displacement sensor 8 is then transmitted by means of the above-mentioned mutually different signal transmission connections to the mutually different signal processing units of the controller 10.
  • the force exerted on the actuation of the pedal arm 18 is determined by the force sensor 6, namely the rotor 26 arranged on the pedal arm 18 in a rotationally fixed manner and the stator structure of the displacement sensor 8 arranged on the printed circuit board 28, and the rotor 30 arranged on the lever arm 22 in a rotationally fixed manner arranged on the circuit board 28 stator structure of the force sensor 6, detected and in an output signal of the force sensor 6 converted.
  • This output signal of the force sensor 6 is then transmitted by means of the above-mentioned mutually different signal transmission connections to the mutually different signal processing units of the control system 10.
  • the force sensor 6 uses a differential analysis of the rotational movement of the rotor 26 and the rotational movement of the rotor 30.
  • Both output signals namely the output signal of the force sensor 6 on the one side and the output signal of the displacement sensor 8 on the other side, are thus evaluated in each case in two mutually different signal processing units of the controller 10.
  • the output signals of the force sensor 6, which are evaluated in both signal processing units of the controller 10 and the output signals of the displacement sensor 8, which are evaluated in both signal processing units of the controller 10 are each compared with one another.
  • the correctness of the output signals of the force sensor 6 on the one hand and the displacement sensor 8 on the other hand can be checked.
  • the pedal arm 18 is rotated counterclockwise about the axis of rotation 16 by means of the elastic element 24 in the image plane of FIG. 1 and transferred into its rest position. Furthermore, it is advantageous and seen in the present exemplary embodiment that the pedal emulator 20 carries out an essential part of the return of the pedal arm 18 in its rest position by means of the fleece arm 22, at least in each case supports it.
  • the invention is not limited to the present exemplary embodiment.
  • the invention can also be used advantageously for other pedals for vehicles, regardless of whether the pedals are designed as standing pedals or as hanging pedals.
  • the force sensor and the displacement sensor can each be freely selected within wide suitable limits and are not limited to inductive sensors or contactless sensors.
  • several printed circuit boards with stator structures for the force sensor and the displacement sensor can also be provided.
  • a separate circuit board could be used for the stator of the force sensor and for the stator of the displacement sensor.
  • the elastic element between the lever arm on one side and the pedal arm on the other side can also be freely selected within wide suitable limits and is not limited to springs, for example compression springs.
  • other embodiments can also provide an elastic element designed as a torsion bar.
  • the Pedal emulator does not necessarily have to be arranged on the lever arm either.
  • the force sensor and / or the displacement sensor can be at least partially designed to be redundant.
  • the pedal has at least one further sensor for measuring a physical variable that is dependent on the movement of the pedal arm.
  • this can be arranged at least one further sensor on or in the pedal arm.
  • the at least one of the at least one further sensor advantageously has a functionality that differs from the functionality of the force sensor and / or the displacement sensor.

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Abstract

The present invention relates to a pedal (4) for a vehicle, comprising a main part (14) for mounting the pedal (4) on a structure of the vehicle, an axis of rotation (16) arranged on the main part (14), a pedal arm (18) arranged on the axis of rotation (16) for rotation about the axis of rotation (16), a force sensor (6) for measuring an actuation force applied to the pedal arm (18), a position sensor (8) for measuring a pedal path travelled by the pedal arm (18), and a pedal emulator (20) mechanically coupled to the pedal arm (18) for generating a counter-force acting oppositely to the actuation force on the pedal arm (18). According to the invention, the force sensor (6) and the position sensor (8) are arranged in the direct region on the axis of rotation (16) to specify a pedal (4) for a vehicle in which a largely electronic pedal (4) is possible while simultaneously ensuring high functional reliability. The invention further relates to a system (2) for a vehicle having a pedal (4) of this type.

Description

Pedal für ein Fahrzeug und System für ein Fahrzeug mit einem Pedal Pedal for a vehicle and system for a vehicle with a pedal
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Pedal für ein Fahrzeug der im Oberbe griff des Anspruchs 1 genannten Art und auf ein System für ein Fahrzeug der im Ober begriff des Anspruchs 14 genannten Art. The present invention relates to a pedal for a vehicle of the type mentioned in the preamble of claim 1 and to a system for a vehicle of the type mentioned in the preamble of claim 14.
Derartige Pedale und Systeme für Fahrzeuge sind aus dem Stand der Technik in zahl reichen Ausführungsvarianten bereits bekannt. Such pedals and systems for vehicles are already known from the prior art in numerous variants.
Beispielsweise ist aus der DE 10 2017 122 080 A1 ein Pedal für ein Fahrzeug be kannt, umfassend ein Basisteil zur Montage des Pedals an einer Struktur des Fahr zeugs, eine an dem Basisteil angeordnete Drehachse, einen drehbar um die Dreh achse an der Drehachse angeordneten Pedalarm, einen Kraftsensor zur Messung ei ner auf den Pedalarm ausgeübten Betätigungskraft, einen Wegsensor zur Messung eines von dem Pedalarm zurückgelegten Pedalweges und einen mit dem Pedalarm mechanisch gekoppelten Pedalemulator zur Erzeugung einer entgegengesetzt zur Be tätigungskraft wirkenden Gegenkraft auf den Pedalarm. Ferner ist aus der DE 10 2017 122 080 A1 ein System für ein Fahrzeug bekannt, umfassend ein derartiges Pedal mit einem Kraftsensor und einem Wegsensor, eine Steuerung und mindestens ein Stell glied, wobei der Kraftsensor, der Wegsensor und das mindestens eine Stellglied mit tels Signalübertragungsverbindungen mit der Steuerung in Signalübertragungsverbin dung stehen, und wobei das mindestens eine Stellglied mittels der Steuerung in Ab hängigkeit von Ausgangssignalen des Kraftsensors und des Wegsensors ansteuerbar ist. For example, a pedal for a vehicle is known from DE 10 2017 122 080 A1, comprising a base part for mounting the pedal on a structure of the vehicle, an axis of rotation arranged on the base part, a pedal arm arranged rotatably about the axis of rotation on the axis of rotation , a force sensor for measuring an operating force exerted on the pedal arm, a displacement sensor for measuring a pedal travel covered by the pedal arm, and a pedal emulator mechanically coupled to the pedal arm for generating an opposing force acting on the pedal arm. Furthermore, from DE 10 2017 122 080 A1 a system for a vehicle is known, comprising such a pedal with a force sensor and a displacement sensor, a control and at least one actuator, the force sensor, the displacement sensor and the at least one actuator by means of signal transmission connections stand with the controller in signal transmission connection, and wherein the at least one actuator can be controlled by means of the controller as a function of output signals from the force sensor and the displacement sensor.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an. This is where the present invention comes in.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Pedal für ein Fahrzeug und ein System für ein Fahrzeug mit einem derartigen Pedal anzugeben, bei denen ein weitgehend elektronisches Pedal bei gleichzeitig hoher Funktionssicherheit ermög licht ist. The present invention has for its object to provide a pedal for a vehicle and a system for a vehicle with such a pedal, in which a largely electronic pedal with high functional reliability is made possible.
Diese Aufgabe wird durch ein Pedal mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. This object is achieved by a pedal with the features of claim 1 and a system with the features of claim 14. The subclaims relate to advantageous developments of the invention.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass ein weitgehend elektronisches Pedal bei gleichzeitig hoher Funktionssicherheit ermöglicht ist. Dies ist dadurch erreicht, dass der Kraftsensor zur Messung einer auf den Pedalarm ausgeüb ten Betätigungskraft und der Wegsensor zur Messung eines von dem Pedalarm zu rückgelegten Pedalweges jeweils im unmittelbaren Bereich der Drehachse des Peda larms, bevorzugt in einem Abstand von kleiner oder gleich dem 5-fachen des Durch messers der Drehachse, besonders bevorzugt in einem Abstand von kleiner oder gleich dem 2-fachen des Durchmessers der Drehachse, angeordnet sind. Flierdurch ist zum einen eine höhere Dynamik der Kraftmessung erzielt und zum anderen der Einfluss von Reibung auf die Kraftmessung und die Wegmessung reduziert. A major advantage of the invention is in particular that a largely electronic pedal is made possible with a high level of functional reliability. This is achieved in that the force sensor for measuring an actuating force exerted on the pedal arm and the displacement sensor for measuring a pedal travel covered by the pedal arm in each case in the immediate region of the axis of rotation of the pedal arm, preferably at a distance of less than or equal to times the diameter of the axis of rotation, particularly preferably at a distance of less than or equal to 2 times the diameter of the axis of rotation. On the one hand, a higher dynamic of the force measurement is achieved and on the other hand the influence of friction on the force measurement and the distance measurement is reduced.
Grundsätzlich sind der Kraftsensor und der Wegsensor nach Art, Funktionsweise, Ma terial, Dimensionierung, Anordnung und Anzahl in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar. Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Pedals sieht vor, dass der Kraftsensor und/oder der Wegsensor als ein kontaktloser Sensor ausgebildet sind/ist. Auf diese Weise ist der Einfluss von Reibung auf die Kraftmes sung und/oder die Wegmessung weiter reduziert. Basically, the force sensor and the displacement sensor can be freely selected in wide suitable limits according to type, function, material, dimensioning, arrangement and number. A particularly advantageous development of the pedal according to the invention provides that the force sensor and / or the displacement sensor are / is designed as a contactless sensor. In this way, the influence of friction on the force measurement and / or the displacement measurement is further reduced.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform des erfindungsge mäßen Pedals sieht vor, dass der Kraftsensor und/oder der Wegsensor als ein indukti ver Sensor ausgebildet sind/ist. Hierdurch ist der kontaktlose Kraftsensor und/oder Wegsensor auf konstruktiv einfache Weise realisiert. Ferner ist Induktivsensorik sehr präzise, so dass eine qualitativ hochwertige Kraft- und/oder Wegmessung ermöglicht ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung der letztgenannten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Pedals sieht vor, dass der Wegsensor einen Rotor und einen Stator auf weist, wobei der Rotor an dem Pedalarm und der Stator relativ zu der Drehachse drehfest im Wirkbereich des Rotors angeordnet ist. Auf diese Weise ist die Anordnung des Wegsensors im unmittelbaren Bereich der Drehachse auf konstruktiv besonders einfache Weise ermöglicht. Beispielsweise ist es denkbar, dass der Stator des Weg sensors unmittelbar an der Drehachse befestigt ist. An advantageous development of the aforementioned embodiment of the pedal according to the invention provides that the force sensor and / or the displacement sensor are / is designed as an inductive sensor. As a result, the contactless force sensor and / or displacement sensor is implemented in a structurally simple manner. Furthermore, inductive sensor technology is very precise, so that high-quality force and / or displacement measurement is possible. An advantageous development of the last-mentioned embodiment of the pedal according to the invention provides that the displacement sensor has a rotor and a stator, the rotor being arranged on the pedal arm and the stator in a rotationally fixed manner in the effective range of the rotor relative to the axis of rotation. In this way, the arrangement of the displacement sensor in the immediate area of the axis of rotation is made possible in a structurally particularly simple manner. For example, it is conceivable that the stator of the displacement sensor is attached directly to the axis of rotation.
Analog dazu sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der letztgenannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pedals vor, dass der Kraftsensor den Wegsensor gemäß der letztgenannten Ausführungsform, einen Rotor und einen Stator aufweist, wobei der Rotor an einem an der Drehachse und um die Drehachse drehbar angeordneten und über ein elastisches Element mit dem Pedalarm mechanisch gekoppelten Hebelarm und der Stator relativ zu der Drehachse drehfest im Wirkbereich des Rotors angeord net ist. Hierdurch ist die Anordnung des Kraftsensors im unmittelbaren Bereich der Drehachse, analog zu dem Wegsensor, auf konstruktiv besonders einfache Weise re alisiert. Entsprechend ist es möglich, dass der Stator des Kraftsensors, analog zu dem Wegsensor, ebenfalls unmittelbar an der Drehachse befestigt ist. Analogously to this, an advantageous further development of the last-mentioned embodiment of the pedal according to the invention provides that the force sensor has the displacement sensor according to the last-mentioned embodiment, a rotor and a stator, the rotor being arranged on an element which is rotatable on the axis of rotation and about the axis of rotation and via an elastic element with the pedal arm mechanically coupled lever arm and the stator is rotatable relative to the axis of rotation in the effective range of the rotor angeord net. As a result, the arrangement of the force sensor in the immediate region of the axis of rotation, analogously to the displacement sensor, is re-alized in a particularly simple manner. Accordingly, it is possible that the stator of the force sensor, similar to the displacement sensor, is also attached directly to the axis of rotation.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der letztgenannten Ausführungsform, rück bezogen auf Anspruch 4, sieht vor, dass der Stator des Kraftsensors und der Stator des Wegsensors auf einer einzigen Leiterplatte angeordnet sind. Auf diese Weise ist der konstruktive Aufbau vereinfacht und eine insgesamt platzsparende Bauform er möglicht. A particularly advantageous development of the last-mentioned embodiment, based on claim 4, provides that the stator of the force sensor and the stator of the displacement sensor are arranged on a single circuit board. In this way, the construction is simplified and an overall space-saving design is possible.
Grundsätzlich ist die mechanische Kopplung des Hebelarms mit dem Pedalarm mittels des elastischen Elements nach Art, Funktionsweise, Material, Dimensionierung, An ordnung und Anzahl in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar. Eine vorteilhafte Wei terbildung des erfindungsgemäßen Pedals, rückbezogen auf Anspruch 5, sieht vor, dass das elastische Element als eine Druckfeder oder als ein Torsionsstab ausgebil det ist. In Verbindung mit einer mechanischen Kopplung des Pedalemulators an den Hebelarm zwecks Kraftübertragung von dem Pedalemulator auf den Pedalarm hat die Verwendung eines Torsionsstabes beispielsweise den Vorteil, dass das erfindungsge mäße Pedal weitgehend oder im Wesentlichen querkraftfrei ausbildbar ist. Jedoch sind auch andere Ausführungsformen des elastischen Elements denkbar. Basically, the mechanical coupling of the lever arm to the pedal arm by means of the elastic element in terms of type, function, material, dimensioning, arrangement and number can be freely selected within wide suitable limits. An advantageous further development of the pedal according to the invention, referring back to claim 5, provides that the elastic element is configured as a compression spring or as a torsion bar. In connection with a mechanical coupling of the pedal emulator to the lever arm for the purpose of transmitting power from the pedal emulator to the pedal arm Use of a torsion bar, for example, has the advantage that the pedal according to the invention can be designed largely or essentially free of lateral forces. However, other embodiments of the elastic element are also conceivable.
Eine weitere besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Pedals sieht vor, dass der Kraftsensor und/oder der Wegsensor zumindest teilweise redun dant ausgebildet sind/ist. Hierdurch ist die Qualität der Kraftmessung und/oder der Wegmessung weiter verbessert und etwaige Fehlfunktionen sind zum einen leichter detektierbar. Zum anderen ist eine sichere Funktion des Pedals bei einem Fehler in einem der Kraftsensoren und/oder Wegsensoren mittels des fehlerfreien Kraftsensors und/oder Wegsensor weitergegeben. Another particularly advantageous development of the pedal according to the invention provides that the force sensor and / or the displacement sensor are / are at least partially redundant. This further improves the quality of the force measurement and / or the displacement measurement and, on the one hand, any malfunctions are easier to detect. On the other hand, a safe function of the pedal is passed on in the event of a fault in one of the force sensors and / or displacement sensors by means of the error-free force sensor and / or displacement sensor.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Pedals sieht vor, dass der Messbereich des Kraftsensors derart auf den Pedalweg des Pedalarms angepasst ausgebildet ist, dass eine Relativbewegung von zueinander beweglichen Teilen des Kraftsensors minimiert ist. Auf diese Weise ist der Einfluss von Reibung und Dämp fung bei dem Kraftsensor auf ein Minimum reduziert. Eine möglichst von Reibung und Dämpfung freie Messung ist insbesondere für die Qualität bei der Messung mit dem Kraftsensor entscheidend. Another advantageous development of the pedal according to the invention provides that the measuring range of the force sensor is designed to be adapted to the pedal travel of the pedal arm in such a way that a relative movement of parts of the force sensor which are movable relative to one another is minimized. In this way, the influence of friction and damping on the force sensor is reduced to a minimum. A measurement that is as free from friction and damping as possible is particularly important for the quality when measuring with the force sensor.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Pedals sieht vor, dass das Pedal mindestens einen weiteren Sensor zur Messung einer von der Bewegung des Pedalarms abhängigen physikalischen Größe aufweist. Hierdurch ist die mess technische Erfassung der Bewegung des Pedalarms zusätzlich verbessert, so dass beispielsweise die Qualität der Kraftmessung mittels des Kraftsensors und/oder die Qualität der Wegmessung mittels des Wegsensors durch den mindestens einen weite ren Sensor weiter verbessert ist. Dabei ist die Ausbildung des mindestens einen wei teren Sensors als ein redundanter Kraftsensor und/oder Wegsensor denkbar, aber nicht zwingend. Grundsätzlich ist der mindestens eine weitere Sensor nach Art, Funktionsweise, Mate rial, Dimensionierung, Anordnung und Anzahl in weiten geeigneten Grenzen frei wähl bar. Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Pedals sieht vor, dass mindestens einer des mindestens einen weite ren Sensors am oder im Pedalarm angeordnet ist. Auf diese Weise ist zum einen der konstruktive Aufbau vereinfacht. Zum anderen ist damit eine im Wesentlichen direkte Wirkverbindung von dem Pedalarm auf der einen Seite und diesem weiteren Sensor auf der anderen Seite ermöglicht. A further advantageous development of the pedal according to the invention provides that the pedal has at least one further sensor for measuring a physical variable dependent on the movement of the pedal arm. As a result, the measurement of the movement of the pedal arm is additionally improved, so that, for example, the quality of the force measurement by means of the force sensor and / or the quality of the distance measurement by means of the distance sensor is further improved by the at least one further sensor. The formation of the at least one white sensor as a redundant force sensor and / or displacement sensor is conceivable, but not mandatory. In principle, the at least one additional sensor can be freely selected in wide suitable limits according to the type, mode of operation, material, dimensioning, arrangement and number. An advantageous development of the aforementioned embodiment of the pedal according to the invention provides that at least one of the at least one wide sensor is arranged on or in the pedal arm. In this way, on the one hand, the structural design is simplified. On the other hand, this enables an essentially direct operative connection between the pedal arm on one side and this further sensor on the other side.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der beiden letztgenannten Ausführungsformen des er findungsgemäßen Pedals sieht vor, dass mindestens einer des mindestens einen wei teren Sensors eine von der Funktionsweise des Kraftsensors und/oder des Weg sensors abweichende Funktionsweise aufweist. Flierdurch ist beispielsweise bei einer Ausbildung des mindestens einen weiteren Sensors als zu dem Kraftsensor und/oder dem Wegsensor redundanter Sensor nicht lediglich eine Redundanz nach der Anzahl, sondern auch eine Redundanz nach dem Funktionsprinzip des jeweiligen Sensors er möglicht. An advantageous development of the two last-mentioned embodiments of the pedal according to the invention provides that at least one of the at least one further sensor has a function which differs from the function of the force sensor and / or the displacement sensor. For example, if the at least one further sensor is designed as a sensor redundant to the force sensor and / or the displacement sensor, not only is redundancy according to the number possible, but also redundancy according to the functional principle of the respective sensor.
Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Pedal in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar. Beispielsweise ist die Erfindung vorteilhaft bei einer Vielzahl von denkbaren Pedalen einsetzbar, bei denen höhere Anforderungen an die Funktionssicherheit ge stellt sind. Insbesondere vorteilhaft ist die Erfindung deshalb bei als Bremspedalen ausgebildeten Pedalen einsetzbar. In principle, the pedal according to the invention can be freely selected within wide suitable limits. For example, the invention can advantageously be used with a large number of conceivable pedals in which higher demands are placed on functional reliability. The invention is therefore particularly advantageously applicable to pedals designed as brake pedals.
Analog zu den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Pedals hinsichtlich der Re dundanz sieht eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems vor, dass die Signalübertragungsverbindung zwischen der Steuerung auf der einen Seite und dem Kraftsensor und/oder dem Wegsensor auf der anderen Seite redundant aus gebildet ist. In Weiterführung der vorgenannten Weiterbildung sieht eine weitere vorteilhafte Wei terbildung vor, dass die Steuerung zwei voneinander verschiedene Signalverarbei tungseinheiten aufweist, wobei das Ausgangssignal des Kraftsensors und das Aus gangssignal des Wegsensors jeweils gleichzeitig mittels voneinander verschiedener Signalübertragungsverbindungen an beide Signalverarbeitungseinheiten übertragbar und in diesen verarbeitbar ist. Analogous to the further developments of the pedal according to the invention in terms of redundancy, an advantageous further development of the system according to the invention provides that the signal transmission connection between the controller on the one hand and the force sensor and / or the displacement sensor on the other hand is formed redundantly. In a continuation of the aforementioned development, a further advantageous further development provides that the controller has two signal processing units that differ from one another, the output signal of the force sensor and the output signal of the displacement sensor each being simultaneously transmissible to and processing in both signal processing units by means of mutually different signal transmission connections.
Auf diese Weise ist auch in der Signalübermittlung und/oder in der Signalverarbeitung eine Redundanz realisiert, so dass zum einen das Vorliegen eines Fehlers in der Sig nalübermittlung und/oder der Signalverarbeitung leichter detektierbar und zum ande ren auch bei teilweise fehlerhaften Signalübertragungsverbindungen und/oder bei teil weise fehlerhaften Signalverarbeitungseinheiten die Funktionssicherheit des erfin dungsgemäßen Systems gewährleistet ist. Beispielsweise ist mittels des erfindungs gemäßen Systems gemäß der vorliegenden Weiterbildung eine sogenannte Gleich laufüberwachung realisierbar, mittels der die Korrektheit von Signalen von dem Krafts ensor und/oder dem Wegsensor überprüfbar ist. In this way, redundancy is also realized in the signal transmission and / or in the signal processing, so that on the one hand the presence of an error in the signal transmission and / or the signal processing is more easily detectable and on the other hand also in the case of partially faulty signal transmission connections and / or partially faulty signal processing units, the functional reliability of the system according to the invention is guaranteed. For example, using the system according to the invention in accordance with the present development, a so-called synchronous monitoring can be implemented, by means of which the correctness of signals from the force sensor and / or the displacement sensor can be checked.
Anhand der beigefügten, grob schematischen Zeichnung wird die Erfindung nachfol gend näher erläutert. Dabei zeigt: Based on the accompanying, roughly schematic drawing, the invention is explained in more detail below. It shows:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems mit einem erfin dungsgemäßen Pedal in einer teilweisen Seitenansicht. Fig. 1 shows an embodiment of the system according to the invention with an inventive pedal according to the invention in a partial side view.
Fig. 2 Das Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 in teilweiser Darstellung in einer Fron talansicht. Fig. 2 The embodiment of Fig. 1 in partial representation in a front tal view.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems mit einem erfin dungsgemäßen Pedal in einer Seitenansicht dargestellt. Das System 2 für ein nicht näher dargestelltes Fahrzeug umfasst ein Pedal 4 mit einem Kraftsensor 6 und einem Wegsensor 8, eine Steuerung 10 und mindestens ein Stellglied 12, wobei der Krafts ensor 6, der Wegsensor 8 und das mindestens eine Stellglied 12 mittels Signalüber tragungsverbindungen mit der Steuerung 10 in Signalübertragungsverbindung stehen, und wobei das mindestens eine Stellglied 12 mittels der Steuerung 10 in Abhängigkeit von Ausgangssignalen des Kraftsensors 6 und des Wegsensors 8 des Pedals 4 an steuerbar ist. Um etwaige Fehler in der Signalübertragungsverbindung wie auch in der Signalverarbeitung von Ausgangssignalen des Kraftsensors 6 und des Wegsensors 8 des Pedals 4 sicher detektieren zu können und die Funktionssicherheit des Pedals 4 selbst bei einem teilweisen Ausfall der Signalübertragungsverbindungen und/oder der Signalverarbeitung zu gewährleisten, weist die Steuerung 10 zwei voneinander ver schiedene Signalverarbeitungseinheiten auf, wobei das Ausgangssignal des Krafts ensors 6 und das Ausgangssignal des Wegsensors 8 jeweils gleichzeitig mittels vonei nander verschiedener Signalübertragungsverbindungen an beide Signalverarbeitungs einheiten übertragbar und in diesen verarbeitbar sind. In den Fig. 1 und 2 sind die voneinander verschiedenen Signalübertragungsverbindungen sowie die voneinander verschiedenen Signalverarbeitungseinheiten der Steuerung 10 nicht dargestellt. In Fig. 1, an embodiment of the system according to the invention with a pedal according to the invention is shown in a side view. The system 2 for a vehicle, not shown, comprises a pedal 4 with a force sensor 6 and a displacement sensor 8, a controller 10 and at least one actuator 12, with the force sensor 6, the displacement sensor 8 and the at least one actuator 12 using signal transmission connections the controller 10 is in signal transmission connection, and wherein the at least one actuator 12 can be controlled by means of the controller 10 as a function of output signals from the force sensor 6 and the displacement sensor 8 of the pedal 4. In order to be able to reliably detect any errors in the signal transmission connection as well as in the signal processing of output signals from the force sensor 6 and the displacement sensor 8 of the pedal 4 and to ensure the functional reliability of the pedal 4 even in the event of a partial failure of the signal transmission connections and / or the signal processing, the Control 10 two mutually different signal processing units, the output signal of the force sensor 6 and the output signal of the displacement sensor 8 each being simultaneously transferable and processable in both signal processing units by means of different signal transmission connections to each other. 1 and 2, the mutually different signal transmission connections and the mutually different signal processing units of the controller 10 are not shown.
Bei dem Pedal 4 handelt es sich um ein Bremspedal des Fahrzeugs und bei dem min destens einen Stellglied 12 um die Bremsen des Fahrzeugs. Das Pedal 4 umfasst ein Basisteil 14 zur Montage des Pedals 4 an einer nicht dargestellten Struktur des Fahr zeugs, eine an dem Basisteil 14 angeordnete Drehachse 16, einen drehbar um die Drehachse 16 an der Drehachse 16 angeordneten Pedalarm 18, den oben genannten Kraftsensor 6 zur Messung einer auf den Pedalarm 18 ausgeübten Betätigungskraft, den oben genannten Wegsensor 8 zur Messung eines von dem Pedalarm 18 zurück gelegten Pedalweges und einen mit dem Pedalarm 18 mechanisch gekoppelten Pe dalemulator 20 zur Erzeugung einer entgegengesetzt zur Betätigungskraft wirkenden Gegenkraft auf den Pedalarm 18. The pedal 4 is a brake pedal of the vehicle and at least one actuator 12 is the brakes of the vehicle. The pedal 4 comprises a base part 14 for mounting the pedal 4 on a structure of the vehicle (not shown), an axis of rotation 16 arranged on the base part 14, a pedal arm 18 arranged rotatably about the axis of rotation 16 on the axis of rotation 16, the aforementioned force sensor 6 Measurement of an actuating force exerted on the pedal arm 18, the above-mentioned displacement sensor 8 for measuring a pedal travel covered by the pedal arm 18 and a pedalemulator 20 mechanically coupled to the pedal arm 18 for generating a counterforce acting on the pedal arm 18 in opposition to the actuating force.
Der Pedalemulator 20 zur Erzeugung einer entgegengesetzt zur Betätigungskraft wir kenden Gegenkraft auf den Pedalarm 18 ist mittels eines Flebelarms 22 und eines als Druckfeder ausgebildeten elastischen Elements 24 mit dem Pedalarm 18 mechanisch gekoppelt, wobei der Pedalemulator 20 gelenkig mit dem Flebelarm 22 verbunden ist, und wobei der Flebelarm 22 drehbar an der Drehachse 16 angeordnet ist. Der Kraftsensor 6 und der Wegsensor 8 sind jeweils als ein kontaktloser Sensor, näm lich jeweils als ein induktiver Sensor ausgebildet. Der Wegsensor 8 weist einen dreh test an dem Pedalarm 18 angeordneten Rotor 26 und einen auf einer in dem Wirkbe reich des Rotors 26 relativ zu der Drehachse 16 drehtest angeordneten Leiterplatte 28 und als nicht dargestellte Statorstrukturen ausgebildeten Stator auf. Der Kraftsensor 6 weist zusätzlich zu dem oben erläuterten Wegsensor 8 einen drehtest an dem Hebel arm 22 angeordneten Rotor 30 und einen auf der in dem Wirkbereich des Rotors 30 relativ zu der Drehachse 16 drehtest angeordneten Leiterplatte 28 und als nicht darge stellte Statorstrukturen ausgebildeten Stator auf. Somit ist dem Kraftsensor 6 nicht le diglich der Rotor 30, sondern auch der Rotor 26 und der Stator des Wegsensors 8 funktional zugeordnet, was nachfolgend noch näher erläutert wird. Der Messbereich des Kraftsensors 6 ist dabei derart auf den Pedalweg des Pedalarms 18 angepasst ausgebildet, dass eine Relativbewegung von zueinander beweglichen Teilen des Kraftsensors 6 minimiert ist. The pedal emulator 20 for generating a counterforce to the actuating force we counteracting force on the pedal arm 18 is mechanically coupled to the pedal arm 18 by means of a fleece arm 22 and an elastic element 24 designed as a compression spring, the pedal emulator 20 being articulatedly connected to the fleece arm 22, and wherein the flail arm 22 is rotatably arranged on the axis of rotation 16. The force sensor 6 and the displacement sensor 8 are each designed as a contactless sensor, namely as an inductive sensor. The displacement sensor 8 has a rotation test arranged on the pedal arm 18 and a rotor 26 arranged on a in the area of the rotor 26 rotation test relative to the axis of rotation 16 arranged circuit board 28 and designed as stator structures, not shown, on the stator. The force sensor 6 has, in addition to the above-described displacement sensor 8, a rotation test on the lever arm 22 arranged rotor 30 and a on the in the effective range of the rotor 30 relative to the axis of rotation 16 arranged test circuit board 28 and stator structures designed as not shown on stator. Thus, the force sensor 6 is not functionally assigned to the rotor 30, but also the rotor 26 and the stator of the displacement sensor 8, which will be explained in more detail below. The measuring range of the force sensor 6 is adapted to the pedal travel of the pedal arm 18 in such a way that a relative movement of parts of the force sensor 6 that are movable relative to one another is minimized.
Somit sind der Kraftsensor 6 und der Wegsensor 8 jeweils im unmittelbaren Bereich der Drehachse 16 angeordnet; siehe hierzu auch Fig. 2. Bevorzugt sind der Krafts ensor 6 und der Wegsensor 8 jeweils in einem Abstand von kleiner oder gleich dem 5- fachen des Durchmessers der Drehachse 16, besonders bevorzugt in einem Abstand von kleiner oder gleich dem 2-fachen des Durchmessers der Drehachse 16 um die Drehachse 16 angeordnet. Thus, the force sensor 6 and the displacement sensor 8 are each arranged in the immediate area of the axis of rotation 16; see also FIG. 2. Preferably, the force sensor 6 and the displacement sensor 8 are each at a distance of less than or equal to 5 times the diameter of the axis of rotation 16, particularly preferably at a distance of less than or equal to 2 times the diameter the axis of rotation 16 is arranged about the axis of rotation 16.
Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 in einer teil weisen Darstellung in einer Frontalansicht. Deutlich zu erkennen ist die Anordnung des Kraftsensors 6 und des Wegsensors 8 des Pedals 4 jeweils im unmittelbaren Be reich der Drehachse 16 des Basisteils 14. Hierdurch ist zum einen eine höhere Dyna mik der Kraftmessung erzielt und zum anderen der Einfluss von Reibung auf die Kraft messung und die Wegmessung reduziert. Fig. 2 shows the embodiment of the invention according to FIG. 1 in a partial view in a front view. The arrangement of the force sensor 6 and the displacement sensor 8 of the pedal 4 can be clearly seen in each case in the immediate area of the axis of rotation 16 of the base part 14. On the one hand, this results in a higher dynamic force measurement and, on the other hand, the influence of friction on the force measurement and reduced the distance measurement.
Im Nachfolgenden wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Pedals sowie des erfindungsgemäßen Systems mit dem erfindungsgemäßen Pedal gemäß dem vorlie genden Ausführungsbeispiel und anhand der Fig. 1 bis 2 näher erläutert. Ein Benutzer des Fahrzeugs, beispielsweise der Fahrzeugführer des Fahrzeugs, möchte das Fahrzeug abbremsen und drückt mit einem Fuß auf den Pedalarm 18, so dass sich der Pedalarm 18 in der Bildebene von Fig. 1 im Uhrzeigersinn um die Dreh achse 16 des Basisteils 14 dreht und dadurch von einer Ruhelage in eine Betäti gungslage überführt wird. Diese Bewegung des Pedalarms 18 mittels einer durch den Benutzer auf den Pedalarm 18 ausgeübten Betätigungskraft erfolgt entgegen der Ge genkraft des Pedalemulators 20, der mittels des Flebelarms 22 und des elastischen Elements 24 mit dem Pedalarm 18 mechanisch gekoppelt ist. Mittels des Pedalemula tors 20 kann eine Haptik eines konventionellen mechanischen Pedals emuliert wer den, so dass der Benutzer des Fahrzeugs im Wesentlichen den haptischen Eindruck wie bei einem konventionellen mechanischen Pedal vermittelt bekommt. In the following the operation of the pedal according to the invention and the system according to the invention with the pedal according to the invention according to the vorlie exemplary embodiment and with reference to FIGS. 1 to 2 is explained in more detail. A user of the vehicle, for example the driver of the vehicle, wants to brake the vehicle and presses with one foot on the pedal arm 18, so that the pedal arm 18 rotates in the image plane of FIG. 1 clockwise about the axis of rotation 16 of the base part 14 and thereby being transferred from a rest position to an actuation position. This movement of the pedal arm 18 by means of an actuating force exerted by the user on the pedal arm 18 takes place against the counterforce of the pedal emulator 20, which is mechanically coupled to the pedal arm 18 by means of the fleece arm 22 and the elastic element 24. By means of the pedal emulator 20, a haptic of a conventional mechanical pedal can be emulated, so that the user of the vehicle is essentially given the haptic impression as with a conventional mechanical pedal.
Entsprechend drückt der Benutzer bei der oben genannten Betätigung des Pedalarms 18 nicht lediglich den Pedalarm 18 herunter, sondern er drückt mittels der Druckfeder 24 auch den Flebelarm 22 herunter, so dass der Flebelarm 22 ebenfalls in der Bild ebene von Fig. 1 im Uhrzeigersinn um die Drehachse 16 des Basisteils 14 gedreht wird. Der Benutzer ist in den Fig. 1 und 2 nicht dargestellt. Correspondingly, when the pedal arm 18 is actuated, the user not only presses down the pedal arm 18, but also presses down the fleece arm 22 by means of the compression spring 24, so that the fleece arm 22 also clockwise around the plane in FIG. 1 The axis of rotation 16 of the base part 14 is rotated. The user is not shown in FIGS. 1 and 2.
Der von dem Pedalarm 18 bei dessen Drehung um die Drehachse 16 zurückgelegte Pedalweg wird von dem Wegsensor 8, nämlich dem an dem Pedalarm 18 drehfest an geordneten Rotor 26 und der auf der Leiterplatte 28 angeordneten Statorstruktur des Wegsensors 8, erfasst und in ein Ausgangssignal des Wegsensors 8 umgewandelt. Dieses Ausgangssignal des Wegsensors 8 wird dann mittels der oben genannten von einander verschiedenen Signalübertragungsverbindungen an die voneinander ver schiedenen Signalverarbeitungseinheiten der Steuerung 10 übertragen. The pedal travel covered by the pedal arm 18 when it rotates about the axis of rotation 16 is detected by the travel sensor 8, namely the rotor 26 arranged on the pedal arm 18 in a rotationally fixed manner and the stator structure of the travel sensor 8 arranged on the printed circuit board 28, and in an output signal of the travel sensor 8 converted. This output signal of the displacement sensor 8 is then transmitted by means of the above-mentioned mutually different signal transmission connections to the mutually different signal processing units of the controller 10.
Die bei der Betätigung des Pedalarms 18 auf diesen ausgeübte Kraft wird von dem Kraftsensor 6, nämlich dem an dem Pedalarm 18 drehfest angeordneten Rotor 26 und der auf der Leiterplatte 28 angeordneten Statorstruktur des Wegsensors 8 sowie dem an dem Hebelarm 22 drehfest angeordneten Rotor 30 und der auf der Leiterplatte 28 angeordneten Statorstruktur des Kraftsensors 6, erfasst und in ein Ausgangssignal des Kraftsensors 6 umgewandelt. Dieses Ausgangssignal des Kraftsensors 6 wird dann mittels der oben genannten voneinander verschiedenen Signalübertragungsver bindungen an die voneinander verschiedenen Signalverarbeitungseinheiten der Steu erung 10 übertragen. Der Kraftsensor 6 nutzt eine Differenzbetrachtung der Drehbe wegung des Rotors 26 und der Drehbewegung des Rotors 30. The force exerted on the actuation of the pedal arm 18 is determined by the force sensor 6, namely the rotor 26 arranged on the pedal arm 18 in a rotationally fixed manner and the stator structure of the displacement sensor 8 arranged on the printed circuit board 28, and the rotor 30 arranged on the lever arm 22 in a rotationally fixed manner arranged on the circuit board 28 stator structure of the force sensor 6, detected and in an output signal of the force sensor 6 converted. This output signal of the force sensor 6 is then transmitted by means of the above-mentioned mutually different signal transmission connections to the mutually different signal processing units of the control system 10. The force sensor 6 uses a differential analysis of the rotational movement of the rotor 26 and the rotational movement of the rotor 30.
Beide Ausgangssignale, nämlich das Ausgangssignal des Kraftsensors 6 auf der ei nen Seite und das Ausgangssignal des Wegsensors 8 auf der anderen Seite, werden somit jeweils in beiden voneinander verschiedenen Signalverarbeitungseinheiten der Steuerung 10 ausgewertet. Beispielsweise werden die Ausgangssignale des Krafts ensors 6, die in beiden Signalverarbeitungseinheiten der Steuerung 10 ausgewertet werden, und die Ausgangssignale des Wegensors 8, die in beiden Signalverarbei tungseinheiten der Steuerung 10 ausgewertet werden, jeweils miteinander verglichen. Mittels dieser Gleichlaufüberwachung kann die Korrektheit der Ausgangssignale des Kraftsensors 6 auf der einen Seite und des Wegsensors 8 auf der anderen Seite über prüft werden. Both output signals, namely the output signal of the force sensor 6 on the one side and the output signal of the displacement sensor 8 on the other side, are thus evaluated in each case in two mutually different signal processing units of the controller 10. For example, the output signals of the force sensor 6, which are evaluated in both signal processing units of the controller 10, and the output signals of the displacement sensor 8, which are evaluated in both signal processing units of the controller 10, are each compared with one another. By means of this synchronization monitoring, the correctness of the output signals of the force sensor 6 on the one hand and the displacement sensor 8 on the other hand can be checked.
Übt der Benutzer keine Betätigungskraft mehr auf den Pedalarm 18 des Pedals 4 auf, so wird der Pedalarm 18 mittels des elastischen Elements 24 in der Bildebene von Fig. 1 im Gegenuhrzeigersinn um die Drehachse 16 gedreht und in dessen Ruhelage überführt. Ferner ist es vorteilhaft und bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vor gesehen, dass der Pedalemulator 20 einen wesentlichen Teil der Rückführung des Pedalarms 18 in dessen Ruhelage mittels des Flebelarms 22 vornimmt, zumindest je doch unterstützt. If the user no longer exerts an actuating force on the pedal arm 18 of the pedal 4, the pedal arm 18 is rotated counterclockwise about the axis of rotation 16 by means of the elastic element 24 in the image plane of FIG. 1 and transferred into its rest position. Furthermore, it is advantageous and seen in the present exemplary embodiment that the pedal emulator 20 carries out an essential part of the return of the pedal arm 18 in its rest position by means of the fleece arm 22, at least in each case supports it.
Die Erfindung ist nicht auf das vorliegende Ausführungsbeispiel begrenzt. Beispiels weise ist die Erfindung auch bei anderen Pedalen für Fahrzeuge vorteilhaft einsetzbar, unabhängig davon, ob die Pedale als stehende Pedale oder als hängende Pedale ausgebildet sind. Der Kraftsensor und der Wegsensor sind jeweils in weiten geeigne ten Grenzen frei wählbar und weder auf induktive Sensoren noch auf kontaktlose Sen soren begrenzt. Anstelle einer einzigen Leiterplatte können auch mehrere Leiterplat ten mit Statorstrukturen für den Kraftsensor und den Wegsensor vorgesehen sein. Beispielsweise könnte für den Stator des Kraftsensors und für den Stator des Weg sensors jeweils eine eigene Leiterplatte eingesetzt werden. Das elastische Element zwischen dem Hebelarm auf der einen Seite und dem Pedalarm auf der anderen Seite ist ebenfalls in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar und nicht auf Federn, bei spielsweise Druckfedern, beschränkt. Beispielsweise können andere Ausführungsfor men auch ein als Torsionsstab ausgebildetes elastisches Element vorsehen. Der Pe dalemulator muss ebenfalls nicht zwingend an dem Hebelarm angeordnet sein. The invention is not limited to the present exemplary embodiment. For example, the invention can also be used advantageously for other pedals for vehicles, regardless of whether the pedals are designed as standing pedals or as hanging pedals. The force sensor and the displacement sensor can each be freely selected within wide suitable limits and are not limited to inductive sensors or contactless sensors. Instead of a single printed circuit board, several printed circuit boards with stator structures for the force sensor and the displacement sensor can also be provided. For example, a separate circuit board could be used for the stator of the force sensor and for the stator of the displacement sensor. The elastic element between the lever arm on one side and the pedal arm on the other side can also be freely selected within wide suitable limits and is not limited to springs, for example compression springs. For example, other embodiments can also provide an elastic element designed as a torsion bar. The Pedal emulator does not necessarily have to be arranged on the lever arm either.
Um die Funktionssicherheit weiter zu verbessern kann bei anderen Ausführungsfor men der Erfindung der Kraftsensor und/oder der Wegsensor zumindest teilweise re dundant ausgebildet sein. Auch ist es denkbar, dass das Pedal mindestens einen wei teren Sensor zur Messung einer von der Bewegung des Pedalarms abhängigen physi kalischen Größe aufweist. Beispielsweise kann dieser mindestens eine weitere Sen sor am oder im Pedalarm angeordnet sein. Vorteilhafterweise weist der mindestens einer des mindestens einen weiteren Sensors eine von der Funktionsweise des Kraft sensors und/oder des Wegsensors abweichende Funktionsweise auf. In order to further improve the functional reliability, in other embodiments of the invention the force sensor and / or the displacement sensor can be at least partially designed to be redundant. It is also conceivable that the pedal has at least one further sensor for measuring a physical variable that is dependent on the movement of the pedal arm. For example, this can be arranged at least one further sensor on or in the pedal arm. The at least one of the at least one further sensor advantageously has a functionality that differs from the functionality of the force sensor and / or the displacement sensor.
Bezugszeichenliste Reference list
2 System für ein Fahrzeug, mit einem Pedal 4 2 system for one vehicle, with one pedal 4
4 Pedal für ein Fahrzeug, als Bremspedal ausgebildet 4 Pedal for a vehicle, designed as a brake pedal
6 Kraftsensor des Pedals 4 6 Force sensor of the pedal 4
8 Wegsensor des Pedals 4 8 Pedal position sensor 4
10 Steuerung des Systems 2 10 Controlling the system 2
12 Stellglied des Systems 2, als Bremse ausgebildet 12 actuator of system 2, designed as a brake
14 Basisteil des Pedals 4 14 base part of the pedal 4
16 Drehachse des Basisteils 14 16 axis of rotation of the base part 14
18 Pedalarm des Pedals 4 18 Pedal arm of the pedal 4
20 Pedalemulator des Pedals 4 20 pedal emulator of pedal 4
22 Flebelarm des Pedals 4 22 Fleece arm of the pedal 4
24 Elastisches Element, als Druckfeder ausgebildet 24 Elastic element, designed as a compression spring
26 Rotor des Wegsensors 8 26 rotor of the displacement sensor 8
28 Leiterplatte 28 printed circuit board
30 Rotor des Kraftsensors 6 30 rotor of the force sensor 6

Claims

Patentansprüche Claims
1. Pedal (4) für ein Fahrzeug, umfassend ein Basisteil (14) zur Montage des Pedals (4) an einer Struktur des Fahrzeugs, eine an dem Basisteil (14) ange ordnete Drehachse (16), einen drehbar um die Drehachse (16) an der Dreh achse (16) angeordneten Pedalarm (18), einen Kraftsensor (6) zur Messung einer auf den Pedalarm (18) ausgeübten Betätigungskraft, einen Wegsensor (8) zur Messung eines von dem Pedalarm (18) zurückgelegten Pedalweges und einen mit dem Pedalarm (18) mechanisch gekoppelten Pedalemulator (20) zur Erzeugung einer entgegengesetzt zur Betätigungskraft wirkenden Gegenkraft auf den Pedalarm (18), 1. Pedal (4) for a vehicle, comprising a base part (14) for mounting the pedal (4) on a structure of the vehicle, an axis of rotation (16) arranged on the base part (14), a rotatable about the axis of rotation (16 ) on the axis of rotation (16) arranged pedal arm (18), a force sensor (6) for measuring an operating force exerted on the pedal arm (18), a displacement sensor (8) for measuring a pedal travel covered by the pedal arm (18) and one with the pedal arm (18) mechanically coupled pedal emulator (20) for generating a counterforce acting counter to the actuating force on the pedal arm (18),
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Kraftsensor (6) und der Wegsensor (8) jeweils im unmittelbaren Be reich der Drehachse (16), bevorzugt in einem Abstand von kleiner oder gleich dem 5-fachen des Durchmessers der Drehachse (16), besonders be vorzugt in einem Abstand von kleiner oder gleich dem 2-fachen des Durch messers der Drehachse (16), angeordnet sind. that the force sensor (6) and the displacement sensor (8) each in the immediate area of the axis of rotation (16), preferably at a distance of less than or equal to 5 times the diameter of the axis of rotation (16), particularly preferably at a distance of less than or equal to 2 times the diameter of the axis of rotation (16) are arranged.
2. Pedal (4) nach Anspruch 1 , 2. Pedal (4) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Kraftsensor (6) und/oder der Wegsensor (8) als ein kontaktloser Sensor ausgebildet sind/ist. that the force sensor (6) and / or the displacement sensor (8) are / is designed as a contactless sensor.
3. Pedal (4) nach Anspruch 2, 3. Pedal (4) according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Kraftsensor (6) und/oder der Wegsensor (8) als ein induktiver Sen sor ausgebildet sind/ist. that the force sensor (6) and / or the displacement sensor (8) are / is designed as an inductive sensor.
4. Pedal (4) nach Anspruch 3, 4. Pedal (4) according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wegsensor (8) einen Rotor (26) und einen Stator aufweist, wobei der Rotor (26) an dem Pedalarm (18) und der Stator relativ zu der Dreh achse (16) drehfest im Wirkbereich des Rotors (26) angeordnet ist. characterized, that the displacement sensor (8) has a rotor (26) and a stator, the rotor (26) on the pedal arm (18) and the stator relative to the axis of rotation (16) being arranged in a rotationally fixed manner in the effective range of the rotor (26).
5. Pedal (4) nach Anspruch 4, 5. Pedal (4) according to claim 4,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Kraftsensor (6) den Wegsensor (8), einen Rotor (30) und einen Sta tor aufweist, wobei der Rotor (30) an einem an der Drehachse (16) und um die Drehachse (16) drehbar angeordneten und über ein elastisches Element (24) mit dem Pedalarm (18) mechanisch gekoppelten Hebelarm (22) und der Stator relativ zu der Drehachse (16) drehfest im Wirkbereich des Rotors (30) angeordnet ist. that the force sensor (6) has the displacement sensor (8), a rotor (30) and a gate, the rotor (30) being arranged on a pivot on the axis of rotation (16) and around the axis of rotation (16) and via an elastic Element (24) with the pedal arm (18) mechanically coupled lever arm (22) and the stator is arranged rotatably relative to the axis of rotation (16) in the effective area of the rotor (30).
6. Pedal (4) nach Anspruch 5, rückbezogen auf Anspruch 4, 6. Pedal (4) according to claim 5, dependent on claim 4,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Stator des Kraftsensors (6) und der Stator des Wegsensors (8) auf einer einzigen Leiterplatte (28) angeordnet sind. that the stator of the force sensor (6) and the stator of the displacement sensor (8) are arranged on a single printed circuit board (28).
7. Pedal (4) nach Anspruch 5 oder 6, 7. pedal (4) according to claim 5 or 6,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das elastische Element (24) als eine Druckfeder oder als ein Torsions stab ausgebildet ist. that the elastic element (24) is designed as a compression spring or as a torsion bar.
8. Pedal nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 8. Pedal according to one of claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Kraftsensor und/oder der Wegsensor zumindest teilweise redun dant ausgebildet sind/ist. that the force sensor and / or the displacement sensor are / are at least partially redundant.
9. Pedal (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 9. Pedal (4) according to one of claims 1 to 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Messbereich des Kraftsensors (6) derart auf den Pedalweg des Pe dalarms (18) angepasst ausgebildet ist, dass eine Relativbewegung von zu einander beweglichen Teilen des Kraftsensors (6) minimiert ist. characterized, that the measuring range of the force sensor (6) is designed such that it is adapted to the pedal travel of the pedal alarm (18) in such a way that a relative movement of parts of the force sensor (6) which are movable relative to one another is minimized.
10. Pedal nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 10. Pedal according to one of claims 1 to 9,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Pedal mindestens einen weiteren Sensor zur Messung einer von der Bewegung des Pedalarms abhängigen physikalischen Größe aufweist. that the pedal has at least one further sensor for measuring a physical quantity dependent on the movement of the pedal arm.
11. Pedal nach Anspruch 10, 11. Pedal according to claim 10,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass mindestens einer des mindestens einen weiteren Sensors am oder im Pedalarm angeordnet ist. that at least one of the at least one further sensor is arranged on or in the pedal arm.
12. Pedal nach Anspruch 10 oder 11 , 12. Pedal according to claim 10 or 11,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass mindestens einer des mindestens einen weiteren Sensors eine von der Funktionsweise des Kraftsensors und/oder des Wegsensors abweichende Funktionsweise aufweist. that at least one of the at least one further sensor has a functionality that differs from the functionality of the force sensor and / or the displacement sensor.
13. Pedal (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, 13. Pedal (4) according to one of claims 1 to 12,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Pedal (4) als ein Bremspedal ausgebildet ist. that the pedal (4) is designed as a brake pedal.
14. System (2) für ein Fahrzeug, umfassend ein Pedal (4) mit einem Kraftsensor (6) und einem Wegsensor (8), eine Steuerung (10) und mindestens ein Stell glied (12), wobei der Kraftsensor (6), der Wegsensor (8) und das mindestens eine Stellglied (12) mittels Signalübertragungsverbindungen mit der Steue rung (10) in Signalübertragungsverbindung stehen, und wobei das mindes tens eine Stellglied (12) mittels der Steuerung (10) in Abhängigkeit von Aus gangssignalen des Kraftsensors (6) und des Wegsensors (8) ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, 14. System (2) for a vehicle, comprising a pedal (4) with a force sensor (6) and a displacement sensor (8), a controller (10) and at least one actuator (12), the force sensor (6), the displacement sensor (8) and the at least one actuator (12) are in signal transmission connection with the control (10) by means of signal transmission connections, and the at least one actuator (12) by means of the controller (10) as a function of output signals from the force sensor ( 6) and the displacement sensor (8) can be controlled, characterized,
dass das Pedal (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist. that the pedal (4) is designed according to one of claims 1 to 13.
15. System (2) nach Anspruch 14, 15. System (2) according to claim 14,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Signalübertragungsverbindung zwischen der Steuerung (10) auf der einen Seite und dem Kraftsensor (6) und/oder dem Wegsensor (8) auf der anderen Seite redundant ausgebildet ist. that the signal transmission connection between the controller (10) on the one hand and the force sensor (6) and / or the displacement sensor (8) on the other hand is designed redundantly.
16. System nach Anspruch 15, 16. System according to claim 15,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Steuerung zwei voneinander verschiedene Signalverarbeitungsein heiten aufweist, wobei das Ausgangssignal des Kraftsensors und das Aus gangssignal des Wegsensors jeweils gleichzeitig mittels voneinander ver schiedener Signalübertragungsverbindungen an beide Signalverarbeitungs einheiten übertragbar und in diesen verarbeitbar ist. that the controller has two mutually different signal processing units, the output signal of the force sensor and the output signal of the displacement sensor being able to be transmitted to and processed in both signal processing units simultaneously using mutually different signal transmission connections.
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