WO2023099058A1 - Pedalvorrichtung mit einer positionierungseinrichtung - Google Patents

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WO2023099058A1
WO2023099058A1 PCT/EP2022/076692 EP2022076692W WO2023099058A1 WO 2023099058 A1 WO2023099058 A1 WO 2023099058A1 EP 2022076692 W EP2022076692 W EP 2022076692W WO 2023099058 A1 WO2023099058 A1 WO 2023099058A1
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WO
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actuating element
pedal
actuating
positioning device
designed
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Application number
PCT/EP2022/076692
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English (en)
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Inventor
Sina Meyer
Philipp Scheiner
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Robert Bosch Gmbh
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    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G5/00—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member
    • G05G5/28—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member for preventing unauthorised access to the controlling member or its movement to a command position
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K26/00—Arrangements or mounting of propulsion unit control devices in vehicles
    • B60K26/02—Arrangements or mounting of propulsion unit control devices in vehicles of initiating means or elements
    • 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
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G1/00—Controlling members, e.g. knobs or handles; Assemblies or arrangements thereof; Indicating position of controlling members
    • G05G1/30—Controlling members actuated by foot
    • G05G1/40—Controlling members actuated by foot adjustable
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G1/00—Controlling members, e.g. knobs or handles; Assemblies or arrangements thereof; Indicating position of controlling members
    • G05G1/30—Controlling members actuated by foot
    • G05G1/44—Controlling members actuated by foot pivoting

Definitions

  • the invention relates to a pedal device, in particular for a motor vehicle, with an actuating element for actuating a function by a user and a positioning device for positioning the actuating element in a first position and a second position. Furthermore, the invention relates to the use of such a pedal device in a motor vehicle.
  • Pedal devices are used in motor vehicles, such as passenger cars or trucks, with which a driver as a user can accelerate or brake the motor vehicle or vehicle.
  • a brake pedal is provided in a footwell of the vehicle as a pedal device for braking and an accelerator pedal or gas pedal is provided as a pedal device for accelerating. Both the brake pedal and the accelerator pedal protrude from a floor surface providing foot space by means of a pedal rod.
  • a pedal step surface is arranged transversely to the pedal rod. The user exerts pressure with his foot on the respective pedal surface as required and thus moves the pedal surface and the pedal rod coupled thereto from an initial position into a working position.
  • a braking function is thus achieved with a vehicle brake system coupled to the brake pedal and an acceleration function is achieved with a vehicle drive coupled to the gas pedal.
  • the pedal surface is pushed back from the working position to the starting position by means of the pedal rod and a resilient support.
  • Further developments in vehicles offer new possibilities for the design of such pedal devices. New requirements are also made.
  • Such further developments are, for example, brake-by-wire systems, in which a pedal and a brake are coupled by purely electronic signal transmission, autonomous driving and electrically powered vehicles.
  • the invention is based on the object of creating a reliable pedal device with which a function, in particular a braking function or an acceleration function, can be provided in a motor vehicle.
  • a pedal device is created, in particular for a motor vehicle, with an actuating element for actuating a function by a user and a positioning device for positioning the actuating element in a first position and a second position.
  • the first position of the actuating element is flush with or below or slightly above a surface formed by means of the surroundings of the actuating element and the second position of the actuating element is further above the surface formed by means of the surroundings of the actuating element compared to the first position.
  • the actuating element is therefore intended to be operated or actuated by a user of the vehicle when the user wants to achieve a specific function.
  • the function is preferably a braking function or an acceleration function.
  • the braking and acceleration function is particularly preferably provided with only one actuating element.
  • the actuating element is arranged in a footwell on a driver's side of the vehicle on its front floor area.
  • the actuating element is surrounded in its surroundings or in its surrounding area by a surface or surrounding surface. Relative to this surface, the actuating element is flush or below or slightly above the surface in the first position and above or further above the surface in comparison to the first position arranged.
  • the second position of the actuating element is that position in which the user can operate the actuating element and thus represents its starting position.
  • the user can touch the actuating element as a pedal with his foot and exert pressure on it. This urges the actuator into a working position toward the surrounding surface, causing a function in the vehicle.
  • the first position of the actuating element is a rest position, in which the actuating element is arranged flush or below, in particular slightly below, or slightly above the surrounding surface.
  • a space surrounding the actuating element thus has more space.
  • the space is the footwell on the driver's side of the vehicle, which is then more spacious in its front area.
  • the user's foot cannot catch on the actuating element in such a rest position.
  • the actuating element is particularly preferably arranged flush with the surrounding surface. This creates a level surface without steps that is particularly easy to keep clean. Furthermore, the actuating element is preferably arranged slightly or slightly above the surrounding surface in the first position. A small projection is thus created, by means of which the user can clearly see where the actuating element to be operated is located without the risk of getting caught. In comparison to the first position, the actuating element then lies further above the surrounding surface in the second position and is therefore arranged to protrude more clearly or to a greater extent.
  • a positioning device coupled to the actuating element is provided for changing the position of the actuating element.
  • the positioning device is adapted to bring the actuating element into the first and the second position as required.
  • at least one intermediate position between the first and the second position of the actuating element is preferably provided as required.
  • the actuating element is advantageously designed in the form of a block. This creates a solid pedal block that has a stable contact surface and has a particularly good power-transmitting effect. Occurs When the user acts on the block-shaped actuating element, a force exerted therewith is distributed over the block and transmitted particularly extensively to a transmission and actuating device coupled to the actuating element.
  • the actuating element can be brought into the second position without undercuts from the surrounding surface and is positioned there without undercuts.
  • a block-like actuating element is designed as a pedal block that can be moved out of the surrounding surface. This means that in the event of an accident or crash, nothing can slip under the actuating element. A snagging with the actuating element is also prevented. In addition to this increased safety, the footwell can easily be kept clean.
  • the actuating element and its surroundings are covered with a flexible surface element such that when the actuating element is positioned in the second position, the flexible surface element can be moved out of the surface formed by the surroundings of the actuating element by means of the actuating element.
  • the flexible surface element then protrudes from the surface in the area of the actuating element.
  • the actuating element rests against the surface element below the flexible surface element and is located together with the surface element in the second position above the surrounding surface.
  • the actuating element and its surroundings are covered with the surface element in such a way that the actuating element and its surroundings are flush with one another. A flat surface without a projection is created.
  • a visible marking is preferably attached to the surface element in the area of the actuating element in the flat surface.
  • the actuating element is arranged slightly below or above its surroundings and is covered by the surface element together with the surroundings. This creates a surface with a small depression or only a slight protrusion as a distinguishing feature.
  • the flexible surface element has a visible side and an inner side opposite the visible side, which is applied to the actuating element and its surroundings. This creates a largely flat visible side in the first position and a visible side with a structure in the second position, in which an actuating area protrudes from the surrounding surface in the area of the actuating element.
  • the positioning device when the actuating element is positioned in the second position by means of the positioning device, the actuating element with the surface element protrudes from the surrounding surface.
  • the positioning device, the actuating element coupled thereto and the flexible surface element function as a movable surface which protrudes from an otherwise flat surface.
  • Such a surface is also referred to as a morphing surface.
  • the flexible surface element is preferably designed with a textile material and/or with a rubber-like material. This achieves particularly good deformability and adaptation to the actuating element in its respective position.
  • the positioning device is advantageously adapted to bring the actuating element into the second position as soon as an associated mode is activated.
  • the mode is preferably a situation in which the user touches the actuating element directly or by means of the flexible surface element.
  • the mode is already closed activate when the user gets close to the actuating element or when a corresponding posture is detected. In this way, the actuating element can be brought into the second position and thus into the starting position required for work to be carried out in advance. An associated function can then be triggered particularly quickly.
  • the associated mode is particularly preferably an activated mode in which the driver wants to operate the vehicle himself or, depending on the system, should take over control.
  • the actuator In this activated mode, the actuator is in the second position and can be actuated by the driver as needed.
  • the actuating element is arranged in an inactive or autonomous mode in the first position at the level of the surrounding surface. The actuating element is thus invisible in the inactive mode and designed to morph out of the environment in the activated mode. Designed in this way, a particularly comfortable footwell with plenty of space and without annoying pedals with an attractive design and particularly high safety standards has been created. The demands of the driver on such aspects are growing, especially with an increasing proportion of autonomy in the journey.
  • the surface brought out by activation provides haptic feedback with which the driver, who may only want or need to take control for a short time, gains a feeling of the applied force, which is translated into actuators.
  • a detection device for detecting a touch of the actuating element and/or a movement in the direction of the actuating element is also advantageously provided for activating the associated mode.
  • the actuating element can be touched either directly by the driver or indirectly by means of the surface element at its actuating area covering the actuating element.
  • the detection device is preferably designed with a camera sensor which uses image recognition to detect whether the actuating element is being touched or whether the user is approaching the actuating element.
  • the detection device is preferably designed with a proximity sensor for detecting when the user is approaching the actuating element. With that can already at a certain distance of the user from the actuating element, the activated mode is switched on and the actuating element is brought into the second position.
  • the detection device is particularly preferably designed with a capacitance sensor.
  • a capacitance similar to a capacitive touch screen can be determined on the surface element or the actuating element.
  • the detection device is preferably designed in a simple manner in terms of production engineering with a pressure sensor that detects pressure exerted on the actuating element by the user.
  • the detection device is particularly preferably a combination of the sensors mentioned or a part of the sensors mentioned. In this way, the detection device can be designed in a particularly needs-based manner.
  • the positioning device is advantageously designed with a pneumatic device.
  • a pneumatic actuator is preferably provided for this purpose, which in particular has a gas cushion with a variable volume.
  • the gas cushion is preferably an air cushion at low cost.
  • the actuating element can be moved accordingly, depending on its volume change.
  • the advantage here is that such a movement can be controlled very precisely in terms of path and speed. This means that an extension movement of the actuating element into the second position and a retraction movement into the first position can be produced very precisely and gently without jerky movements. In addition, these movements on the gas cushion or actuator are almost silent if a required pump is installed accordingly.
  • the pneumatic actuator itself requires very little installation space, which benefits freedom of movement in the footwell.
  • the pneumatic actuator is preferably used at the same time as a pressure sensor for a pressure to be exerted by the user on the actuating element. If the gas cushion or the actuator is filled or inflated with gas, then the actuating element or the pedal is extended and can be operated. In this case, a pressure on the pedal due to an increase in air pressure in the actuator can be detected particularly precisely, if necessary via a compensation volume. In addition, a haptic feeling of operation is retained as with a classic pedal. A very compact, robust and cost-effective actuator-sensor system is thus created.
  • the pneumatic device is particularly preferably designed with an antagonistic double actuator.
  • two gas cushions lying one above the other are provided, of which one cushion is always inflated by appropriate storage and the other cushion contains correspondingly less gas.
  • the other cushion is largely empty. If the initially empty cushion is filled with gas, the volume of the empty cushion increases while the volume of the initially inflated cushion decreases. If the cushion with decreasing volume is assigned to the actuating element, then the actuating element is moved back into the first position. To extend, the cushion with a reduced volume is filled with gas, increases in volume again and thus moves the actuating element into the second position.
  • the gas is preferably not pumped directly from one cushion into the other cushion, but particularly preferably by a pump into the respective cushion. The gas then escapes from each filled cushion through a respective associated valve. With this antagonistic double actuator principle, the actuating element can be brought into the respective position in a controlled, compact, robust, cost-effective and quiet manner.
  • the positioning device is advantageously designed with an electromechanical device, which preferably has a servomotor.
  • a position of associated components can thus be changed mechanically with an electric motor as the control element as required and efficiently so that the actuating element can be brought into the respective position alternately.
  • the positioning device is preferably designed with an electromagnetic device or with an electromagnetic actuator.
  • the positioning device is thus particularly easy to control and at the same time takes up particularly little installation space.
  • the positioning device is advantageously designed to be even more space-saving with an actuator material, preferably with a shape-memory material.
  • a shape-memory material preferably shape memory alloys (FGL, shape memory alloy, SMA). These are special metals that occur in two different crystal structures. A phase transition between the two crystal structures preferably takes place by means of a temperature change and particularly preferably by means of a mechanical stress. This achieves a deformation that returns to its previous shape even if it is severely deformed.
  • the shape-memory material preferably forms the actuating element or pedal or the plate surface by means of a temperature change and/or a magnetic field.
  • the positioning device is thus advantageously designed with a thermally and/or magnetically controlled device.
  • a high-temperature phase called austenite can be achieved with an increase in temperature of the shape-memory material, and a low-temperature phase called martensite can be achieved with a temperature decrease.
  • Two crystal structures are possible within the martensite phase, which transition into one another as a result of heating and subsequent cooling (austenite-martensite transition).
  • a magnetically excitable shape-memory alloy can also be used, in which a shape change occurs due to an external magnetic field.
  • Such magnetic shape memory alloys are referred to in English as magnetic shape memory alloy (MSMA).
  • a nickel-titanium alloy (NiTi, Nitinol) and particularly preferably a nickel-titanium-copper alloy (NiTiCu) is preferably used as the shape memory alloy.
  • Such alloys have a particularly good shape memory.
  • a respectively associated transition temperature for the austenite-martensite transition is dependent on a quantitative ratio of the individual metals to one another.
  • a pseudoelastic or pseudoplastic behavior at room temperature can be generated by varying the quantity ratio or the stoichiometry.
  • a copper-zinc alloy (CuZn), copper-zinc-aluminum alloy (CuZnAl) and/or copper-aluminum-nickel alloy (CuAlNi) is also preferably used as the shape memory alloy. Such alloys are particularly inexpensive.
  • An iron-nickel-aluminum alloy (FeNiAl), iron-manganese-silicon alloy (FeMnSi) and/or zinc-gold-copper alloy (ZnAuCu) can also be used.
  • a shape memory polymer (FGP, shape memory polymers, SMP) is particularly preferably used as the shape memory material. Thanks to their low thermal conductivity, such polymers have particularly short switching times.
  • the shape-memory polymer is preferably excited by means of heating above an associated switching temperature.
  • the shape-memory polymer is particularly preferably a polymer that can be excited by light of a specific wavelength.
  • the crosslinks can be detached by irradiating them with a different wavelength in such a way that they are restored to their original shape.
  • the positioning device is advantageously designed with a light-induced controlled device with such a shape-memory polymer. The positioning device can thus be controlled particularly quickly and in an energy-saving manner.
  • the positioning device is advantageously designed with a magnetohydrodynamically controlled device.
  • a metal alloy that is liquid at room temperature or a liquid metal in particular GalnSn (gallium, indium, tin), has advantageously proven particularly suitable for this purpose.
  • GalnSn gallium, indium, tin
  • the liquid metal thus preferably serves as a sensor at the same time.
  • the positioning device is preferably designed with a magnetohydrodynamic liquid metal actuator, in which a pressure can be controlled by means of electrical activation of the liquid metal.
  • a flexible surface is formed by means of various individual surface elements that can be controlled differently, of which at least one individual surface element serves as an actuating element.
  • Such a magnetohydrodynamic device can be triggered electrically, whereby the liquid metal moves in one direction and thus exerts pressure on a surface.
  • a series connection is preferably used to increase the pressure.
  • Many individual elements are particularly preferred provided, which are designed in particular as small pin surfaces. The many elements together form the actuating element or pedal and can be controlled differently as required. By means of a different and successively increasing extension height of the individual elements, a flat pedal then changes into an inclined pedal.
  • the elements are preferably covered with a flexible surface element or with a support plate in a particularly stabilizing manner.
  • the function to be actuated with the actuating element is preferably a braking function.
  • This enables particularly safe braking even with open shoes, such as flip flops. Especially in emergency braking situations, safety is significantly increased with such a brake pedal. Furthermore, other advantages already mentioned are achieved.
  • the function to be actuated with the actuating element is advantageously an acceleration function. This also enables particularly safe acceleration.
  • the advantages already mentioned are also achieved with such an accelerator pedal.
  • the function to be actuated with the actuating element is a braking and acceleration function, depending on the requirement, in a particularly advantageous manner.
  • only one pedal device is provided in future in electric vehicles, with which the acceleration and braking is taken over by recuperation.
  • a braking process is to be triggered by recuperation by releasing the actuating element.
  • Emergency braking is preferably recognizable by a very strong pressure exerted by the driver, whereas only little pressure is necessary for acceleration.
  • a force exerted by the driver on the actuating element and measured by a corresponding sensor system is particularly preferably forwarded by means of a brake-by-wire device to a corresponding actuator system, such as a brake or acceleration device.
  • a corresponding actuator system such as a brake or acceleration device.
  • an emergency brake assistant is preferably provided as a further driving function, with which redundant automatic emergency braking can be achieved as an additional safety aspect.
  • a second actuating element which is morphable according to the invention and which can be actuated as an emergency brake is particularly preferably provided.
  • the invention relates to the use of such a pedal device in a motor vehicle, preferably as a brake pedal and/or accelerator pedal.
  • the pedal moves out of a floor surface of a vehicle footwell without an undercut and only when necessary, with the result that a particularly high level of safety when driving is achieved.
  • there is plenty of space in the footwell which gives the user's legs plenty of freedom of movement. Requirements for a minimalist design are also met, which can be used to avoid dangerous distractions when driving the vehicle.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section of an exemplary embodiment of a pedal device according to the invention in the retracted state
  • FIG. 2 shows the view according to FIG. 1 in the extended state.
  • the pedal device 10 can be used to actuate a braking function and an acceleration function as required.
  • the pedal device 10 comprises a pedal block or a block-shaped actuating element 12 which is completely covered with a flexible surface element 16 in the direction of an interior space 14 of the vehicle which is only indicated.
  • the flexible surface element 16 has a visible side 18 facing the interior 14 and an inner side 20 opposite the visible side 18 .
  • the inner side 20 rests against the actuating element 12 and additionally against a surrounding surface or surface 24 formed by means of a surrounding area 22 of the actuating element 12 .
  • the flexible surface element 16 thus covers the surface 24 and the actuating element 12.
  • the actuating element 12 is arranged flush with the surface 24 in a first position 26, so that the visible side 18 of the flexible Surface element 16 is designed flat (Fig. 1). Designed in this way, there is a particularly large interior 14 without a floor step in the first position 26 .
  • the first position 26 is a rest position in which the actuating element 12 cannot be actuated or operated by a user of the vehicle.
  • a detection device 28 which in the present case is a combination of camera sensor and pressure sensor. From there, a detected signal is forwarded to a control device 30 which is coupled to a positioning device 32 in a signal-transmitting manner.
  • a mode 34 is activated.
  • the actuating element 12 is brought from the first position 26 into a second position 36 with the positioning device 32 .
  • the second position 36 is above the surface 24 (FIG. 2).
  • the actuating element 12 moves out of a plane of the surface 24 and highlights the flexible surface element 16 in the region of the actuating element 12 .
  • the visible side 18 thus has a structure in which an actuating region 38 protrudes from the surface 24 in the region of the actuating element 12 .
  • the pedal device 10 creates a morphing surface in which a three-dimensional pedal emerges from the surface 24 as an actuating element 12 as soon as the user approaches.
  • the actuating element 12 can be operated by the driver as a pedal.
  • a braking or accelerating function is transferred to a braking or accelerating device (not shown) by exerting pressure.
  • a transmission and control device also not shown, is provided, which can be a hydraulic system or a brake-by-wire system.
  • the positioning device 32 is designed as a pneumatic device 40 with an antagonistically acting, pneumatic double actuator.
  • the device 40 comprises a first air cushion 42 arranged below the actuating element 12 and a second air cushion 44 arranged below the first air cushion 42.
  • the two air cushions 42 and 44 each act as an air pocket for mutually absorbing air.
  • air is taken up in the two air cushions 42 and 44 overall in a predefined volume of air that is delimited by the air cushions 42 and 44 .
  • the air contained in the air volume can be moved back and forth between the two air cushions 42 and 44 as required.
  • a line 46 that connects the two air cushions 42 and 44 in an air-conducting manner and a shut-off element 48 that is arranged in the line 46 and can be opened or closed as required is provided.
  • a first movement element 52 that can be displaced back and forth along an axis 50 is arranged above the first air cushion 42 between the first air cushion 42 and the actuating element 12 .
  • the movement of the first movement element 52 is coupled to the actuating element 12 .
  • the first movement element 52 is associated with the first air cushion 42 and, depending on the change in volume of the first air cushion 42 , is guided in a displaceable manner axially with respect to the axis 50 in the direction and counter to the direction of the actuating element 12 .
  • two guide elements 54 are provided which extend parallel to the axis 50 and are each arranged on the outside of the first movement element 52 .
  • the first movement element 52 is presently designed as a plate which extends transversely to the axis 50 and which is displaceably mounted on the guide element 54 on two of its opposite outer sides 56 .
  • a plate-shaped fixed element 58 extending transversely to the axis 50 is provided axially between the first air cushion 42 and the second air cushion 44 .
  • the fixed element 58 is fixed statically and is therefore not arranged in the pedal device 10 such that it can be moved.
  • an associated second movement element 60 is arranged axially below the second air cushion 44, which is also designed as a plate and is attached to the outside of the two guide elements 54 is guided axially displaceable. The second air cushion 44 is thus clamped between the second moving element 60 and the fixed element 58 .
  • the second air cushion 44 is filled with significantly more air than the first air cushion 42 .
  • the second movement element 60 is displaced in the direction of the fixed element 58, the second air cushion 44 is compressed.
  • the air contained therein is thus forced through the line 46 into the first air cushion 42 when the shut-off element 48 is open.
  • the first air cushion 42 is clamped between the fixed element 58 and the first moving element 52 .
  • the air urging or flowing into the first air cushion 42 displaces the displaceably arranged first movement element 52 axially in the direction of the actuating element 12.
  • the actuating element 12 is thus moved correspondingly axially upwards into the interior space 14 into its second position 36 shifted according to FIG. In the process, the flexible surface element 16 is lifted upwards out of the surface 24 in the actuation area 38 .
  • the pedal device 10 can be actuated by the driver by means of the actuating element 12 .
  • an air pressure present in first air cushion 42 is increased, which air pressure is detected by a pressure sensor (not shown) and/or alternatively by a compensating volume (not shown).
  • a braking or acceleration process is triggered.
  • the acceleration process requires less pressure from the user and thus less air pressure increase in the first air cushion 42.
  • the pneumatic device 40 used as the positioning device 32 also serves as a transmission device with which the desired braking or acceleration function is transmitted to a respective associated actuating device is transferrable.
  • the second air cushion 44 is again filled with air from the first air cushion 42 .
  • the second movement element 60 is moved axially downwards and thus away from the actuating element 12 .
  • the second air cushion 44 is filled with air from the first air cushion 42 through the line 46 .
  • the second air cushion 44 thus increases in volume.
  • the volume of the first air cushion 42 decreases accordingly, so that the first movement element 52 and, coupled thereto, the actuating element 12 are displaced in the direction of the fixed element 58 . In this way, the actuating element 12 is moved back into its first position 26 until a flat visible side 18 is formed again with the surface element 16 .
  • control device 30 coupled to the detection device 28 is coupled to at least the shut-off element 48 in a signal-transmitting manner.
  • a signal-transmitting coupling to the second movement element 60 is also provided.
  • each air cushion 42 and 44 is assigned its own valve, with which air can be released from the associated air cushion 42 or 44 to the outside.
  • a central pump is provided, through which air can be pumped alternately from the outside into the first air cushion 42 and into the second air cushion 44 .
  • the actuating element 12 is thus brought from the first position 26 analogous to FIG. 1 into the second position 36 analogous to FIG.
  • the second air cushion 44 is to be filled with air by the central pump, while air is to be released from the first air cushion 42 through the associated valve.

Abstract

Bei einer Pedalvorrichtung (10), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Betätigungselement (12) zum Betätigen einer Funktion durch einen Benutzer sowie einer Positionierungseinrichtung (32) zum Positionieren des Betätigungselements (12) in eine erste Position (26) und eine zweite Position (36), liegt die erste Position (26) des Betätigungselements (12) bündig oder unterhalb oder geringfügig oberhalb einer mittels einer Umgebung (22) des Betätigungselements (12) gebildeten Oberfläche (24) und liegt die zweite Position (36) des Betätigungselements (12) im Vergleich zur ersten Position (26) weiter oberhalb von der mittels der Umgebung (22) des Betätigungselements (12) gebildeten Oberfläche (24).

Description

Beschreibung
Titel
Pedalvorrichtung mit einer Positionierungseinrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Pedalvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Betätigungselement zum Betätigen einer Funktion durch einen Benutzer sowie einer Positionierungseinrichtung zum Positionieren des Betätigungselements in eine erste Position und eine zweite Position. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer derartigen Pedalvorrichtung in einem Kraftfahrzeug.
In Kraftfahrzeugen, wie Personenkraftwägen oder Lastkraftwägen, werden Pedalvorrichtungen eingesetzt, mit denen ein Fahrer als Benutzer das Kraftfahrzeug bzw. Fahrzeug beschleunigen oder bremsen kann. Dazu ist in einem Fußraum des Fahrzeugs zum Bremsen ein Bremspedal als Pedalvorrichtung und zum Beschleunigen ein Beschleunigungspedal bzw. Gaspedal als Pedalvorrichtung vorgesehen. Sowohl das Bremspedal als auch das Gaspedal ragen aus einer den Fußraum schaffenden Bodenoberfläche mittels einer Pedalstange hervor. Quer zur Pedalstange ist jeweils eine Pedaltrittfläche angeordnet. Auf die jeweilige Pedaltrittfläche übt der Benutzer je nach Bedarf mit seinem Fuß Druck aus und bewegt damit die Pedaltrittfläche und die daran gekoppelte Pedalstange von einer Ausgangsposition in eine Arbeitsposition. Damit wird mit einer an das Bremspedal gekoppelten Fahrzeugbremsanlage eine Bremsfunktion und mit einem an das Gaspedal gekoppelten Fahrzeugantrieb eine Beschleunigungsfunktion erreicht. Beim Loslassen durch den Benutzer wird die Pedaltrittfläche mittels der Pedalstange und einer federnden Abstützung wieder von der Arbeitsposition in die Ausgangsposition zurückgedrängt. Weiterentwicklungen bei Fahrzeugen bieten neue Möglichkeiten zur Gestaltung von solchen Pedalvorrichtungen. Auch neue Anforderungen werden gestellt. Solche Weiterentwicklungen sind zum Beispiel Brake-by-Wire-Systeme, bei denen eine Kopplung zwischen einem Pedal und einer Bremse durch eine rein elektronische Signalübertragung erfolgt, ein autonomes Fahren und elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine betriebssichere Pedalvorrichtung zu schaffen, mit der eine Funktion, insbesondere eine Bremsfunktion oder eine Beschleunigungsfunktion, in einem Kraftfahrzeug bereitstellbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist eine Pedalvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, geschaffen, mit einem Betätigungselement zum Betätigen einer Funktion durch einen Benutzer sowie einer Positionierungseinrichtung zum Positionieren des Betätigungselements in eine erste Position und eine zweite Position. Dabei liegt die erste Position des Betätigungselements bündig oder unterhalb oder geringfügig oberhalb einer mittels einer Umgebung des Betätigungselements gebildeten Oberfläche und die zweite Position des Betätigungselements im Vergleich zur ersten Position weiter oberhalb von der mittels der Umgebung des Betätigungselements gebildeten Oberfläche.
Erfindungsgemäß ist also das Betätigungselement dazu vorgesehen, dass es von einem Benutzer des Fahrzeugs zu bedienen bzw. zu betätigen ist, wenn der Benutzer eine bestimmte Funktion erreichen will. Bevorzugt ist die Funktion eine Bremsfunktion oder eine Beschleunigungsfunktion. Besonders bevorzugt ist die Brems- und Beschleunigungsfunktion mit nur einem Betätigungselement bereitgestellt. Insbesondere ist dazu das Betätigungselement in einem Fußraum einer Fahrerseite des Fahrzeugs an dessen vorderen Bodenbereich angeordnet. Dabei ist das Betätigungselement in seiner Umgebung bzw. in seinem Umgebungsbereich von einer Oberfläche bzw. Umgebungsoberfläche umgeben. Relativ zu dieser Oberfläche ist das Betätigungselement in der ersten Position bündig oder unterhalb oder geringfügig oberhalb und in der zweiten Position oberhalb oder im Vergleich zur ersten Position weiter oberhalb der Oberfläche angeordnet. Die zweite Position des Betätigungselements ist diejenige Position, in der der Benutzer das Betätigungselement bedienen kann und stellt damit dessen Ausgangsposition dar. In dieser zweiten Position kann der Benutzer mit seinem Fuß das Betätigungselement als Pedal berühren und darauf Druck ausüben. Damit wird das Betätigungselement in eine Arbeitsposition in Richtung der Umgebungsoberfläche gedrängt, was eine Funktion im Fahrzeug hervorruft. Demgegenüber ist die erste Position des Betätigungselements eine Ruheposition, bei der das Betätigungselement bündig oder unterhalb, insbesondere geringfügig unterhalb, oder geringfügig oberhalb der Umgebungsoberfläche angeordnet ist. Damit weist ein das Betätigungselement umgebender Raum mehr Platz auf. Insbesondere ist dabei der Raum der Fußraum der Fahrerseite des Fahrzeugs, der dann in seinem vorderen Bereich geräumiger ist. Zudem kann der Fuß des Benutzers in der derartigen Ruheposition nicht mit dem Betätigungselement verhaken. Besonders bevorzugt ist das Betätigungselement dabei bündig mit der Umgebungsoberfläche angeordnet. Damit ist eine ebene Fläche ohne Stufen geschaffen, die besonders gut sauber gehalten werden kann. Ferner bevorzugt ist das Betätigungselement in der ersten Position geringfügig bzw. leicht oberhalb der Umgebungsoberfläche angeordnet. Damit ist ein kleiner Vorsprung geschaffen, anhand dessen der Benutzer ohne Verhakungsgefahr gut erkennen kann, wo sich das zu bedienende Betätigungselement befindet. Im Vergleich zur ersten Position liegt dann das Betätigungselement in der zweiten Position weiter oberhalb der Umgebungsoberfläche und ist damit deutlicher bzw. stärker überstehend angeordnet.
Zum Wechseln der Positionen des Betätigungselements ist eine mit dem Betätigungselement gekoppelte Positionierungseinrichtung vorgesehen. Die Positionierungseinrichtung ist dazu angepasst, das Betätigungselement je nach Bedarf in die erste und die zweite Position zu bringen. Zusätzlich bevorzugt ist je nach Bedarf mindestens eine Zwischenposition zwischen der ersten und der zweiten Position des Betätigungselements vorgesehen.
Ferner ist das Betätigungselement erfindungsgemäß vorteilhaft blockförmig gestaltet. Damit ist eine massiver Pedalblock geschaffen, der eine stabile Auflagefläche aufweist und besonders gut kraftübertragend wirkt. Tritt ein Benutzer auf das blockförmige Betätigungselement, wird eine damit ausgeübte Kraft über den Block verteilt besonders umfangreich auf eine mit dem Betätigungselement gekoppelte Übertragungs- und Stelleinrichtung übertragen.
Bevorzugt ist das Betätigungselement ohne Hinterschnitte aus der Umgebungsoberfläche in die zweite Position zu bringen und ist dort ohne Hinterschnitte positioniert. Insbesondere ist dazu ein blockartiges Betätigungselement als Pedalblock aus der Umgebungsoberfläche herausfahrbar gestaltet. Damit kann im Falle eines Unfalls bzw. Crashfall nichts unter das Betätigungselement rutschen. Auch ein Verhaken mit dem Betätigungselement ist verhindert. Zusätzlich zu dieser erhöhten Sicherheit kann der Fußraum leicht sauber gehalten werden.
Erfindungsgemäß vorteilhaft sind das Betätigungselement und dessen Umgebung mit einem flexiblen Oberflächenelement bedeckt, derart, dass beim Positionieren des Betätigungselements in die zweite Position das flexible Oberflächenelement mittels des Betätigungselements aus der von der durch die Umgebung des Betätigungselements gebildeten Oberfläche herauszubewegen ist. Damit steht das flexible Oberflächenelement dann im Bereich des Betätigungselements von der Oberfläche ab. Das Betätigungselement liegt dabei unterhalb des flexiblen Oberflächenelements an dem Oberflächenelement an und befindet sich zusammen mit dem Oberflächenelement in der zweiten Position oberhalb der Umgebungsoberfläche. Demgegenüber sind in der ersten Position das Betätigungselement und dessen Umgebung mit dem Oberflächenelement derart bedeckt, dass das Betätigungselement und dessen Umgebung bündig zueinander sind. Eine ebene Fläche ohne Vorsprung ist geschaffen. Dabei ist bevorzugt in der ebenen Fläche eine sichtbare Markierung am Oberflächenelement im Bereich des Betätigungselements angebracht. So erkennt der Benutzer leichter, wo sich eine zu betätigende Fläche bzw. ein Betätigungsbereich befindet. Alternativ ist das Betätigungselement jeweils geringfügig unterhalb oder oberhalb von dessen Umgebung angeordnet und zusammen mit der Umgebung von dem Oberflächenelement bedeckt. Damit ist eine Fläche mit einer kleinen Mulde oder einem nur leichten Vorsprung als Erkennungsmerkmal geschaffen. Insbesondere weist das flexible Oberflächenelement eine Sichtseite und eine der Sichtseite gegenüberliegende Innenseite auf, die an dem Betätigungselement und dessen Umgebung angelegt ist. Damit ist in der ersten Position eine weitgehend ebene Sichtseite und in der zweiten Position eine Sichtseite mit einer Struktur geschaffen, bei der im Bereich des Betätigungselements ein Betätigungsbereich von der Umgebungsoberfläche absteht.
Also tritt beim Positionieren des Betätigungselements in die zweite Position mittels der Positionierungseinrichtung das Betätigungselement mit dem Oberflächenelement aus der Umgebungsoberfläche hervor. Damit fungieren die Positionierungseinrichtung, das daran gekoppelte Betätigungselement und das flexible Oberflächenelement als bewegliche Oberfläche, die aus einer ansonsten ebenen Fläche hervortritt. Eine solche Oberfläche wird auch als morphende Oberfläche bezeichnet.
Mit einer solchen morphenden Oberfläche ist selbst in der zweiten Position ein von der Umgebungsoberfläche abstehender Betätigungsbereich geschaffen, der besonders kompakt gestaltet ist. Insbesondere kann mittels des das Betätigungselement bedeckenden Oberflächenelements kein Gegenstand unter einen Bereich des Betätigungselements gelangen, dort verhaken und das Betätigungselement blockieren. Auch ein Verhaken einer Schuhsohle von offenen Schuhen oder eines Fußes des Benutzers ist verhindert. Damit ist die erfindungsgemäße Pedalvorrichtung im Vergleich zu bekannten Pedalvorrichtungen in ihrer Sicherheit verbessert.
Vorzugsweise ist das flexible Oberflächenelement mit einem Textilmaterial und/oder mit einem gummiartigen Material gestaltet. Damit ist eine besonders gute Verformbarkeit und Anpassung an das Betätigungselement in seiner jeweiligen Position erreicht.
Erfindungsgemäß vorteilhaft ist die Positionierungseinrichtung dazu angepasst, das Betätigungselement in die zweite Position zu bringen, sobald ein zugehöriger Modus aktiviert ist. Dabei ist der Modus bevorzugt eine Situation, bei der der Benutzer das Betätigungselement direkt oder mittels des flexiblen Oberflächenelements berührt. Insbesondere ist dabei der Modus bereits zu aktivieren, wenn der Benutzer in die Nähe des Betätigungselements gelangt oder eine entsprechende Körperhaltung erkannt wird. Damit ist das Betätigungselement bereits im Vorfeld in die zweite Position und damit in die für eine auszuübende Arbeit notwendige Ausgangsposition zu bringen. Eine zugehörige Funktion ist dann besonders schnell auslösbar.
Besonders bevorzugt ist der zugehörige Modus bei einem Fahrzeug mit einer autonomen Fahrfunktion ein aktivierter Modus, bei dem der Fahrer das Fahrzeug selbst bedienen will oder systembedingt die Steuerung übernehmen soll. In diesem aktivierten Modus befindet sich das Betätigungselement in der zweiten Position und kann vom Fahrer je nach Bedarf betätigt werden. Demgegenüber ist das Betätigungselement in einem inaktiven bzw. autonomen Modus in der ersten Position auf Höhe der Umgebungsoberfläche angeordnet. Damit ist im inaktiven Modus das Betätigungselement unsichtbar und im aktivierten Modus aus der Umgebung herausmorphend gestaltet. Derart gestaltet, ist ein besonders komfortabler Fußraum mit viel Platz und ohne störende Pedale mit ansprechendem Design und besonders hohen Sicherheitsstandards geschaffen. Gerade bei einem zunehmenden Autonomieanteil der Fahrt wachsen die Ansprüche des Fahrers an solche Aspekte. Zudem stellt die durch Aktivierung herausgefahrene Oberfläche ein haptisches Feedback bereit, mit dem der Fahrer, der eventuell nur kurz die Kontrolle übernehmen will oder muss, ein Gefühl seiner aufgebrachten Kraftanwendung gewinnt, die in Aktuatorik übersetzt wird.
Erfindungsgemäß ferner vorteilhaft ist zum Aktivieren des zugehörigen Modus eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Berührung des Betätigungselements und/oder einer Bewegung in Richtung des Betätigungselements vorgesehen. Dabei ist das Betätigungselement entweder direkt vom Fahrer zu berühren oder indirekt mittels des Oberflächenelements an seinem das Betätigungselement bedeckenden Betätigungsbereich. Bevorzugt ist die Erfassungseinrichtung mit einem Kamerasensor gestaltet, der mittels einer Bilderkennung erkennt, ob das Betätigungselement berührt wird bzw. der Benutzer dem Betätigungselement nahekommt. Ferner bevorzugt ist die Erfassungseinrichtung mit einem Näherungssensor zum Erkennen eines Annäherns des Benutzers an das Betätigungselement gestaltet. Damit kann schon bei einem bestimmten Abstand des Benutzers vom Betätigungselements der aktivierte Modus eingeschaltet und das Betätigungselement in die zweite Position gebracht werden. Besonders bevorzugt ist die Erfassungseinrichtung mit einem Kapazitätssensor gestaltet. Damit ist insbesondere eine Kapazität ähnlich einem kapazitiven Touchscreen auf dem Oberflächenelement bzw. dem Betätigungselement bestimmbar. Zudem bevorzugt ist die Erfassungseinrichtung fertigungstechnisch einfach mit einem Drucksensor gestaltet, der einen auf das Betätigungselement vom Benutzer ausgeübten Druck erkennt. Besonders bevorzugt ist die Erfassungseinrichtung eine Kombination der genannten Sensoren oder eines Teils der genannten Sensoren. Damit ist die Erfassungseinrichtung besonders bedarfsgerecht zu gestalten.
Des Weiteren ist die Positionierungseinrichtung erfindungsgemäß vorteilhaft mit einer pneumatischen Einrichtung gestaltet. Bevorzugt ist dazu ein pneumatischer Aktor vorgesehen, der insbesondere ein Gaskissen mit einem veränderbaren Volumen aufweist. Kostengünstig ist dabei das Gaskissen bevorzugt ein Luftkissen. Mittels des derartigen Gaskissens ist je nach dessen Volumenveränderung das Betätigungselement entsprechend zu bewegen. Von Vorteil ist dabei, dass eine solche Bewegung sehr genau hinsichtlich Weg und Geschwindigkeit gesteuert werden kann. Damit ist eine Ausfahrbewegung des Betätigungselements in die zweite Position und eine Einfahrbewegung in die erste Position sehr genau und sanft ohne ruckartige Bewegungen zu erzeugen. Zudem erfolgen diese Bewegungen am Gaskissen bzw. Aktor nahezu lautlos, sofern eine erforderliche Pumpe entsprechend verbaut ist. Ferner hat der pneumatische Aktor selbst einen sehr geringen Bauraumbedarf, was einer Bewegungsfreiheit im Fußraum zugutekommt. Zusätzlich ist der pneumatische Aktor bevorzugt zugleich als Drucksensor für einen vom Benutzer auszuübenden Druck am Betätigungselement verwendet. Ist das Gaskissen bzw. der Aktor mit Gas gefüllt bzw. aufgeblasen, dann ist das Betätigungselement bzw. das Pedal ausgefahren und bedienbar. Dabei ist ein Druck auf das Pedal durch eine Luftdruckerhöhung im Aktor gegebenenfalls über ein Ausgleichsvolumen besonders genau detektierbar. Zudem bleibt ein haptisches Gefühl der Bedienung wie bei einem klassischen Pedal erhalten. Somit ist ein sehr kompaktes, robustes und kostengünstiges Aktor-Sensor-System geschaffen. Besonders bevorzugt ist die pneumatische Einrichtung mit einem antagonistischen Doppelaktor gestaltet. Dazu sind zwei übereinanderliegende Gaskissen vorgesehen, von denen durch eine entsprechende Lagerung immer jeweils ein Kissen aufgeblasen ist und das andere Kissen entsprechend weniger Gas enthält. Insbesondere ist dabei das andere Kissen weitgehend leer. Wird das zunächst leere Kissen mit Gas gefüllt, so nimmt das Volumen des leeren Kissens zu, während das Volumen des zunächst aufgeblasenen Kissens abnimmt. Ist das Kissen mit abnehmendem Volumen dem Betätigungselement zugeordnet, so wird das Betätigungselement wieder in die erste Position eingefahren. Zum Ausfahren wird das Kissen mit verringertem Volumen mit Gas gefüllt, nimmt wieder an Volumen zu und fährt damit das Betätigungselement in die zweite Position. Bevorzugt wird dabei das Gas nicht direkt von einem Kissen in das andere Kissen gepumpt, sondern besonders bevorzugt durch eine Pumpe in das jeweilige Kissen. Aus dem jeweils gefüllten Kissen entweicht das Gas dann durch ein jeweils zugehöriges Ventil. Mit diesem antagonistischen Doppelaktor-Prinzip ist das Betätigungselement kontrolliert, kompakt, robust, kostengünstig und leise in die jeweilige Position zu bringen.
Zudem ist erfindungsgemäß vorteilhaft die Positionierungseinrichtung mit einer elektromechanischen Einrichtung gestaltet, die bevorzugt einen Stellmotor aufweist. Damit ist eine Lage zugehöriger Bauteile mechanisch mit einem Elektromotor als Regelorgan bedarfsgerecht und effizient so veränderbar, dass das Betätigungselement wechselseitig in die jeweilige Position zu bringen ist.
Überdies ist erfindungsgemäß vorzugsweise die Positionierungseinrichtung mit einer elektromagnetischen Einrichtung bzw. mit einem elektromagnetischen Aktor gestaltet. Damit ist die Positionierungseinrichtung besonders einfach zu steuern und verbraucht zugleich besonders wenig Bauraum.
Ferner ist die Positionierungseinrichtung erfindungsgemäß vorteilhaft noch platzsparender mit einem Aktor-Werkstoff, bevorzugt mit einem Form- Gedächtnis-Material gestaltet. Solche Materialien sind bevorzugt Form- Gedächtnis-Legierungen (FGL, shape memory alloy, SMA). Das sind spezielle Metalle, die in zwei unterschiedlichen Kristallstrukturen auftreten. Ein Phasenübergang zwischen den beiden Kristallstrukturen erfolgt bevorzugt mittels einer Temperaturänderung und besonders bevorzugt mittels einer mechanischen Spannung. Damit wird eine Verformung erreicht, die selbst bei einer starken Verformung wieder in ihre frühere Form zurückgeht. Bevorzugt formt dabei das Form-Gedächtnis-Material mittels einer Temperaturänderung und/oder eines magnetischen Feldes das Betätigungselement bzw. Pedal bzw. die Plattenoberfläche.
Erfindungsgemäß vorteilhaft ist damit die Positionierungseinrichtung mit einer thermisch und/oder magnetisch gesteuerten Einrichtung gestaltet. Dabei ist mit einer Temperaturerhöhung des Form-Gedächtnis-Materials eine als Austenit genannte Hochtemperaturphase und mit einer Temperaturerniedrigung eine als Martensit genannte Niedrigtemperaturphase zu erreichen. Innerhalb der Martensit-Phase sind zwei Kristallstrukturen möglich, die durch Erwärmen und anschließendes Abkühlen ineinander übergehen (Austenit-Martensit-Übergang). Außer oder zusätzlich zu einer solch thermisch anregbaren Form-Gedächtnis- Legierung ist auch eine magnetisch angregbare Form-Gedächtnis-Legierung einsetzbar, bei der aufgrund eines äußeren Magnetfelds eine Formänderung erfolgt. Solche magnetische Form-Gedächtnis-Legierungen werden im Englischen als magnetic shape memory alloy (MSMA) bezeichnet.
Bevorzugt ist als Form-Gedächtnis-Legierung eine Nickel-Titan-Legierung (NiTi, Nitinol) und besonders bevorzugt eine Nickel-Titan-Kupfer-Legierung (NiTiCu) eingesetzt. Solche Legierungen weisen ein besonders gutes Formgedächtnis auf. Dabei ist eine jeweils zugehörige Umwandlungstemperatur für den Austenit- Martensit-Übergang von einem Mengenverhältnis der einzelnen Metalle zueinander abhängig. Bedarfsgerecht ist damit durch Variation des Mengenverhältnisses bzw. der Stöchiometrie ein bei Raumtemperatur pseudoelastisches oder pseudoplastisches Verhalten zu erzeugen.
Ferner bevorzugt ist als Form-Gedächtnis-Legierung eine Kupfer-Zink-Legierung (CuZn), Kupfer-Zink-Aluminium-Legierung (CuZnAI) und/oder Kupfer-Aluminium- Nickel-Legierung (CuAINi) verwendet. Solche Legierungen sind besonders kostengünstig. Auch eine Eisen-Nickel-Aluminium-Legierung (FeNiAl), Eisen- Mangan-Silizium-Legierung (FeMnSi) und/oder Zink-Gold-Kupfer-Legierung (ZnAuCu) ist einsetzbar. Besonders bevorzugt ist als Form-Gedächtnis-Material ein Form-Gedächtnis- Polymer (FGP, shape-memory polymers, SMP) verwendet. Solche Polymere weisen dank ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit besonders geringe Schaltzeiten auf. Bevorzugt ist dabei das Form-Gedächtnis-Polymer mittels einer Erwärmung über eine zugehörige Schalttemperatur anzuregen. Besonders bevorzugt ist das Form-Gedächtnis-Polymer ein Polymer, das durch Licht einer bestimmten Wellenlänge anzuregen ist. Als solches Polymer sind insbesondere Butylacrylate eingesetzt, die an ihren Seitenketten über Zimtsäure-Gruppen verfügen. Diese Zimtsäure-Gruppen vernetzen unter UV-Licht einer bestimmten Wellenlänge und fixieren damit eine Form. Die Vernetzungen sind durch ein Bestrahlen mit einer anderen Wellenlänge derart lösbar, dass es zu einer Rückstellung in die ursprüngliche Form kommt. Erfindungsgemäß vorteilhaft ist mit einem solchen Form-Gedächtnis-Polymer die Positionierungseinrichtung mit einer lichtinduziert gesteuerten Einrichtung gestaltet. Damit ist die Positionierungseinrichtung besonders schnell und energiesparend zu steuern.
Ferner ist die Positionierungseinrichtung erfindungsgemäß vorteilhaft mit einer magnetohydrodynamisch gesteuerten Einrichtung gestaltet. Als besonders geeignet hat sich dazu vorteilhafterweise eine bei Raumtemperatur flüssige Metall-Legierung bzw. ein Flüssigmetall, insbesondere GalnSn (Gallium, Indium, Zinn), erwiesen. Bei einem Druck auf das Betätigungselement und einer damit verbundenen Komprimierung des Flüssigmetalls wird die Leitfähigkeit des Flüssigmetalls verändert. Damit dient das Flüssigmetall bevorzugt zugleich als Sensor. Vorzugsweise ist dazu die Positionierungseinrichtung mit einem magnetohydrodynamischen Flüssigmetallaktor gestaltet, bei dem ein Druck mittels einer elektrischen Ansteuerung des Flüssigmetalls zu steuern ist. Insbesondere ist dabei eine flexible Fläche mittels verschiedener einzelner Flächenelemente gebildet, die unterschiedlich ansteuerbar sind, wovon mindestens ein einzelnes Flächenelement als Betätigungselement dient.
Eine solche magnetohydrodynamische Einrichtung ist elektrisch zu triggern, wodurch sich das Flüssigmetall in eine Richtung bewegt und damit einen Druck auf eine Fläche ausübt. Zum Erhöhen des Druckes ist bevorzugt eine Serienschaltung eingesetzt. Besonders bevorzugt sind viele einzelne Elemente vorgesehen, die insbesondere als kleine Stiftflächen gestaltet sind. Die vielen Elemente bilden insgesamt das Betätigungselement bzw. Pedal und sind je nach Bedarf unterschiedlich anzusteuern. Mittels einer unterschiedlichen und nacheinander zunehmenden Ausfahrhöhe der einzelnen Elemente wechselt ein flaches Pedal dann in ein schräggestelltes Pedal. Bevorzugt sind dabei die Elemente mit einem flexiblen Oberflächenelement oder besonders stabilisierend mit einer Auflageplatte bedeckt.
Erfindungsgemäß vorzugsweise ist die mit dem Betätigungselement zu betätigende Funktion eine Bremsfunktion. Damit ist ein besonders sicheres Bremsen auch mit offenen Schuhen, wie zum Beispiel Flip Flops, ermöglicht. Vor allem in Notbremssituationen ist die Sicherheit mit einem solchen Bremspedal erheblich erhöht. Ferner sind weitere, bereits genannte Vorteile erreicht.
Ferner ist erfindungsgemäß vorteilhaft die mit dem Betätigungselement zu betätigende Funktion eine Beschleunigungsfunktion. Damit ist ebenso ein besonders sicheres Beschleunigen ermöglicht. Mit einem solchen Gaspedal werden zudem die bereits genannten Vorteile erzielt.
Ganz besonders vorteilhaft ist die mit dem Betätigungselement zu betätigende Funktion je nach Bedarf eine Brems- und Beschleunigungsfunktion. Damit ist eine Pedalvorrichtung geschaffen, mit der nur ein Pedal für das Bremsen und Beschleunigen benötigt ist. Insbesondere ist in elektrischen Fahrzeugen zukünftig nur eine Pedalvorrichtung vorgesehen, mit dem das Beschleunigen und das Bremsen über Rekuperation übernommen ist. Dabei ist ein Bremsprozess mittels eines Loslassens des Betätigungselements durch Rekuperation zu triggern. Notfallbremsungen sind bevorzugt durch einen sehr starken vom Fahrer ausgeübten Druck erkennbar, während bei einer Beschleunigung im Gegensatz nur wenig Druck notwendig ist. Besonders bevorzugt ist ein dabei auf das Betätigungselement ausgeübter und von einer entsprechenden Sensorik gemessener Kraftaufwand des Fahrers mittels einer Brake-by-Wire-Einrichtung weitergeleitet zu einer entsprechenden Aktuatorik, wie Bremse oder Beschleunigungseinrichtung. Zusätzlich ist bevorzugt ein Notbremsassistent als weitere Fahrfunktion vorgesehen, mit dem eine redundante automatische Notfallbremsung als zusätzlicher Sicherheitsaspekt erreichbar ist. Zudem ist besonders bevorzugt ein zweites, erfindungsgemäß morphendes Betätigungselement vorgesehen, das als Notbremse betätigt werden kann.
Zudem betrifft die Erfindung eine Verwendung einer derartigen Pedalvorrichtung in einem Kraftfahrzeug, bevorzugt als Bremspedal und/oder Beschleunigungspedal. Dabei fährt das Pedal ohne Hinterschnitt und nur bei Bedarf aus einer Bodenfläche eines Fahrzeugfußraums heraus, womit eine besonders hohe Sicherheit beim Fahren erreicht wird. Zusätzlich steht viel Platz im Fußraum zur Verfügung, mit dem die Beine des Benutzers entsprechend viel Bewegungsfreiheit haben. Auch werden Anforderungen an ein minimalistisches Design erfüllt, mit dem unter Umständen gefährdende Ablenkungen beim Fahren des Fahrzeugs vermieden werden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Pedalvorrichtung in eingefahrenem Zustand, und Fig. 2 die Ansicht gemäß Fig. 1 in ausgefahrenem Zustand.
Die Fig. 1 bis 2 zeigen stark schematisiert eine Pedalvorrichtung 10 eines weiter nicht dargestellten Kraftfahrzeugs bzw. Fahrzeugs. Mit der Pedalvorrichtung 10 ist je nach Bedarf eine Brems- und eine Beschleunigungsfunktion zu betätigen. Dazu umfasst die Pedalvorrichtung 10 einen Pedalblock bzw. ein blockförmiges Betätigungselement 12, das in Richtung eines nur angedeuteten Innenraums 14 des Fahrzeugs komplett mit einem flexiblen Oberflächenelement 16 bedeckt ist. Dabei weist das flexible Oberflächenelement 16 eine zum Innenraum 14 gewandte Sichtseite 18 und eine der Sichtseite 18 gegenüberliegende Innenseite 20 auf. Die Innenseite 20 liegt an dem Betätigungselement 12 und zusätzlich an einer mittels einer Umgebung 22 des Betätigungselements 12 gebildeten Umgebungsoberfläche bzw. Oberfläche 24 an. Damit überdeckt das flexible Oberflächenelement 16 die Oberfläche 24 und das Betätigungselement 12.
Das Betätigungselement 12 ist in einer ersten Position 26 bündig zu der Oberfläche 24 angeordnet, womit die Sichtseite 18 des flexiblen Oberflächenelements 16 eben gestaltet ist (Fig. 1). Derart gestaltet, liegt ein besonders großer Innenraum 14 ohne Bodenstufe in der ersten Position 26 vor. Die erste Position 26 ist eine Ruheposition, in der das Betätigungselement 12 von einem Benutzer des Fahrzeugs nicht betätigbar bzw. nicht bedienbar ist.
Will der Benutzer bzw. Fahrer die Pedalvorrichtung 10 betätigen, so nähert er sich mit seinem Fuß dem Betätigungselement 12. Dabei wird der Fuß in seiner Näherungsbewegung von einer Erfassungseinrichtung 28 erfasst, die vorliegend eine Kombination aus Kamerasensor und Drucksensor ist. Von dort wird ein erfasstes Signal weiter zu einer Regeleinrichtung 30 geleitet, die signalübertragend mit einer Positionierungseinrichtung 32 gekoppelt ist.
Bei einer entsprechenden Signalübertragung von der Regeleinrichtung 30 auf die Positionierungseinrichtung 32 wird ein Modus 34 aktiviert. Bei diesem aktivierten Modus 34 wird das Betätigungselement 12 mit der Positionierungseinrichtung 32 von der ersten Position 26 in eine zweite Position 36 gebracht. Dabei liegt die zweite Position 36 oberhalb von der Oberfläche 24 (Fig.2). Also fährt das Betätigungselement 12 beim Positionieren in die zweite Position 36 aus einer Ebene der Oberfläche 24 heraus und hebt im Bereich des Betätigungselements 12 das flexible Oberflächenelement 16 hervor. Damit weist die Sichtseite 18 eine Struktur auf, bei der im Bereich des Betätigungselements 12 ein Betätigungsbereich 38 von der Oberfläche 24 absteht. Also ist insgesamt mit der Pedalvorrichtung 10 eine morphende Oberfläche geschaffen, bei der ein dreidimensionales Pedal als Betätigungselement 12 aus der Oberfläche 24 hervortritt, sobald sich der Benutzer nähert.
In dieser hervorgetretenen, zweiten Position 36 des Betätigungselements 12 ist das Betätigungselement 12 als Pedal von dem Fahrer bedienbar. Beim Treten auf das Betätigungselement 12 wird durch das Ausüben von Druck eine bremsende oder beschleunigende Funktion auf eine nicht gezeigte Brems- oder Beschleunigungseinrichtung übertragen. Dazu ist eine ebenfalls nicht gezeigte Übertragungs- und Stelleinrichtung vorgesehen, die ein hydraulisches System oder ein Brake-by-Wire-System sein kann. Die Positionierungseinrichtung 32 ist vorliegend mit einem antagonistisch wirkenden, pneumatischen Doppelaktor als pneumatische Einrichtung 40 gestaltet. Die Einrichtung 40 umfasst ein unterhalb des Betätigungselements 12 angeordnetes erstes Luftkissen 42 und ein unterhalb des ersten Luftkissen 42 angeordnetes zweites Luftkissen 44. Die beiden Luftkissen 42 und 44 wirken jeweils als Lufttasche zum wechselseitigen Aufnehmen von Luft. Dabei ist Luft in einem vordefinierten sowie von den Luftkissen 42 und 44 begrenzten Luftvolumen in den beiden Luftkissen 42 und 44 insgesamt aufgenommen. Die im Luftvolumen aufgenommene Luft kann je nach Bedarf zwischen den beiden Luftkissen 42 und 44 hin und her verschoben werden. Dazu ist eine die beiden Luftkissen 42 und 44 luftleitend verbindende Leitung 46 sowie ein in der Leitung 46 angeordnetes, bei Bedarf zu öffnendes oder verschließendes Absperrelement 48 vorgesehen.
Zudem ist dazu oberhalb des ersten Luftkissens 42 zwischen dem ersten Luftkissen 42 und dem Betätigungselement 12 ein entlang einer Achse 50 hin und her verschiebbares erstes Bewegungselement 52 angeordnet. Dabei ist das erste Bewegungselement 52 mit dem Betätigungselement 12 in seiner Bewegung gekoppelt. Zudem ist das erste Bewegungselement 52 dem ersten Luftkissen 42 zugehörig und ist je nach Volumenänderung des ersten Luftkissens 42 axial zur Achse 50 in Richtung und entgegen der Richtung des Betätigungselements 12 verschiebbar geführt. Zum Führen sind zwei parallel zur Achse 50 sich erstreckende, jeweils außenseitig am ersten Bewegungselement 52 angeordnete Führungselemente 54 vorgesehen. Ferner ist das erste Bewegungselement 52 vorliegend als quer zur Achse 50 sich erstreckende Platte gestaltet, die an zwei ihrer gegenüberliegenden Außenseiten 56 jeweils an dem Führungselement 54 verschiebbar gelagert ist.
Axial zwischen dem ersten Luftkissen 42 und dem zweiten Luftkissen 44 ist ein quer zur Achse 50 sich erstreckendes, plattenförmiges Fixelement 58 vorgesehen. Das Fixelement 58 ist statisch befestigt und damit nicht bewegbar in der Pedalvorrichtung 10 angeordnet. Ferner ist axial unterhalb des zweiten Luftkissens 44 ein zugehöriges zweites Bewegungselement 60 angeordnet, das auch als Platte gestaltet und außenseitig an den beiden Führungselementen 54 axial verschiebbar geführt ist. Damit ist das zweite Luftkissen 44 zwischen dem zweiten Bewegungselement 60 und dem Fixelement 58 eingeklemmt.
In der ersten Position 26 gemäß Fig. 1 ist das zweite Luftkissen 44 mit wesentlich mehr Luft als das erste Luftkissen 42 gefüllt. Bei einem Verschieben des zweiten Bewegungselements 60 in Richtung des Fixelements 58 wird das zweite Luftkissen 44 zusammengedrückt. Damit wird die darin enthaltene Luft bei geöffnetem Absperrelement 48 durch die Leitung 46 in das erste Luftkissen 42 gedrängt. Das erste Luftkissen 42 ist zwischen dem Fixelement 58 und dem ersten Bewegungselement 52 eingeklemmt. Mittels des statisch angeordneten Fixelements 58 verschiebt die derart in das erste Luftkissen 42 drängende bzw. strömende Luft das verschiebbar angeordnete erste Bewegungselement 52 axial in Richtung des Betätigungselements 12. Damit wird das Betätigungselement 12 entsprechend axial nach oben in den Innenraum 14 in dessen zweite Position 36 gemäß Fig. 2 verschoben. Dabei wird das flexible Oberflächenelement 16 im Betätigungsbereich 38 nach oben aus der Oberfläche 24 herausgehoben.
In dieser erreichten zweiten Position 36 ist die Pedalvorrichtung 10 mittels des Betätigungselements 12 von dem Fahrer betätigbar. Bei einem Ausüben von Druck durch den Fuß des Fahrers auf den Betätigungsbereich 38 wird ein im ersten Luftkissen 42 vorhandener Luftdruck erhöht, der mittels eines nicht dargestellten Drucksensors und/oder alternativ mittels eines nicht gezeigten Ausgleichsvolumens detektiert wird. Je nach detektierter Luftdruckerhöhung wird ein Brems- oder Beschleunigungsprozess ausgelöst. Dabei erfordert der Beschleunigungsprozess im Vergleich zum Bremsprozess weniger Druck durch den Benutzer und damit weniger Luftdruckerhöhung im ersten Luftkissen 42. Damit dient die als Positionierungseinrichtung 32 eingesetzte pneumatische Einrichtung 40 zugleich als Übertragungseinrichtung, mit der die gewünschte Funktion des Bremsens oder Beschleunigens auf eine jeweils zugehörige Stelleinrichtung übertragbar ist.
Um das Betätigungselement 12 von der zweiten Position 36 zurück in die erste Position 26 zu bringen, wird das zweite Luftkissen 44 von dem ersten Luftkissen 42 wieder mit Luft befüllt. Dabei wird das zweite Bewegungselement 60 axial nach unten und damit vom Betätigungselement 12 wegbewegt. Entsprechend wird das zweite Luftkissen 44 durch die Leitung 46 mit Luft aus dem ersten Luftkissen 42 gefüllt. Damit nimmt das zweite Luftkissen 44 in seinem Volumen zu. Das erste Luftkissen 42 nimmt entsprechend in seinem Volumen ab, sodass das erste Bewegungselement 52 und daran gekoppelt das Betätigungselement 12 in Richtung des Fixelements 58 verschoben wird. So wird das Betätigungselement 12 wieder in seine erste Position 26 eingefahren, bis mit dem Oberflächenelement 16 wieder eine ebene Sichtseite 18 gestaltet ist.
Zum derartigen Regeln der pneumatischen Einrichtung 40 ist die mit der Erfassungseinrichtung 28 gekoppelte Regeleinrichtung 30 zumindest mit dem Absperrelement 48 signalübertragend gekoppelt. Je nach Bedarf ist auch eine signalübertragende Kopplung mit dem zweiten Bewegungselement 60 vorgesehen.
Ferner ist eine weitere, bevorzugte Ausführungsform vorgesehen, bei der die pneumatische Einrichtung 40 kein geschlossenes Luftsystem der beiden Luftkissen 42 und 44 aufweist, wie es im bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel vorliegt. Die weitere, bevorzugte Ausführungsform entspricht größtenteils dem in Fig. 1 bis 2 dargestellten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied dazu ist jedem Luftkissen 42 und 44 ein eigenes Ventil zugeordnet, mit dem Luft aus dem zugehörigen Luftkissen 42 bzw. 44 nach außen abgelassen werden kann. Zusätzlich ist eine zentrale Pumpe vorgesehen, durch die Luft von außen im Wechsel in das erste Luftkissen 42 und in das zweite Luftkissen 44 gepumpt werden kann. Beim Pumpen von Luft in das erste Luftkissen 42 entweicht eine entsprechende Luftmenge aus dem anderen Luftkissen 44 durch das zugehörige Ventil durch Öffnen dieses Ventils. Das Betätigungselement 12 wird damit von der ersten Position 26 analog zu Fig. 1 in die zweite Position 36 analog zu Fig. 2 gebracht. In umgekehrter Richtung ist das zweite Luftkissen 44 von der zentralen Pumpe mit Luft zu befüllen, während aus dem ersten Luftkissen 42 durch das zugehörige Ventil Luft abzulassen ist.

Claims

Ansprüche
1. Pedalvorrichtung (10), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Betätigungselement (12) zum Betätigen einer Funktion durch einen Benutzer sowie einer Positionierungseinrichtung (32) zum Positionieren des Betätigungselements (12) in eine erste Position (26) und eine zweite Position (36), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Position (26) des Betätigungselements (12) bündig oder unterhalb oder geringfügig oberhalb einer mittels einer Umgebung (22) des Betätigungselements (12) gebildeten Oberfläche (24) liegt, und die zweite Position (36) des Betätigungselements (12) im Vergleich zur ersten Position (26) weiter oberhalb von der mittels der Umgebung (22) des Betätigungselements (12) gebildeten Oberfläche (24) liegt.
2. Pedalvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (12) blockförmig gestaltet ist.
3. Pedalvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (12) und dessen Umgebung (22) mit einem flexiblen Oberflächenelement (16) bedeckt sind, derart, dass beim Positionieren des Betätigungselements (12) in die zweite Position (36) das flexible Oberflächenelement (16) mittels des Betätigungselements (12) aus der von der durch die Umgebung (22) des Betätigungselements (12) gebildeten Oberfläche (24) herauszubewegen ist.
4. Pedalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungseinrichtung (32) dazu angepasst ist, das Betätigungselement (12) in die zweite Position (36) zu bringen, sobald ein zugehöriger Modus (34) aktiviert ist.
5. Pedalvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aktivieren des zugehörigen Modus (34) eine Erfassungseinrichtung (28) zum Erfassen einer Berührung des Betätigungselements (12) und/oder einer Bewegung in Richtung des Betätigungselements (12) vorgesehen ist.
6. Pedalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungseinrichtung (32) mit einer pneumatischen Einrichtung (40) gestaltet ist.
7. Pedalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungseinrichtung (32) mit einer elektromechanischen Einrichtung gestaltet ist.
8. Pedalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungseinrichtung (32) mit einer thermisch, magnetisch und/oder lichtinduziert gesteuerten Einrichtung gestaltet ist.
9. Pedalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungseinrichtung (32) mit einer magnetohydrodynamisch gesteuerten Einrichtung gestaltet ist.
10. Pedalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Betätigungselement (12) zu betätigende Funktion eine Bremsfunktion ist.
11. Pedalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Betätigungselement (12) zu betätigende Funktion eine Beschleunigungsfunktion ist.
12. Verwendung einer Pedalvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einem Kraftfahrzeug.
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