Die
Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Betätigungsvorrichtung
der eingangs genannten Art zu Schaffen, die eine Verkürzung des
Pedalwegs erlaubt, ohne eine Feindosierung im Stellbereich merklich
zu beeinflussen.
Diese
Aufgabe wird durch eine Betätigungsvorrichtung
gemäß dem Anspruch
1 gelöst.
Durch die Fremdkrafteinrichtung, die den über den Stellbereich hinaus
zurückzulegenden
Stellweg vollständig fremdkraftbetätigt durchführt, kann
unter Beibehaltung des dem Stellbereich zugeordneten Pedalwegs der
zwischen der Ruheposition und der Maximalposition des Fußpedals
insgesamt vorzusehende Pedalweg reduziert werden. Der Stellweg der
Stelleinrichtung, der über
den Stellbereich hinaus für
eine ordnungsgemäße Betätigung der
Funktionseinrichtung notwendig ist, der jedoch keine erhöhten Anforderungen
an die Feindosierung bei der Bedienung stellt, wird durch die Fremdkrafteinrichtung
vollständig fremdkraftbetrieben
hervorgerufen, so dass hierzu kein Zutun des Bedieners notwendig
ist und damit der Pedalweg des Fußpedals vollständig zur
Ansteuerung des Stellbereichs zur Verfügung steht. Durch die Reduzierung
des Pedalwegs unter Beibehaltung eines aus dem Stand der Technik
bekannten Übersetzungsverhältnisses
zwischen dem Pedalweg und dem Stellbereich lässt sich eine komfortablere
Bedienung der Betätigungsvorrichtung
erzielen. Außerdem kann
eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung der Betäti gungsvorrichtung
dahingehend verändert
werden, dass das Fußpedal
weniger weit in den Fahrzeuginnenraum hineinragt, wodurch bei einem
Unfall eine Erhöhung
der Sicherheit des Bedieners gewährleistet
ist. Die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung
kann insbesondere im Hinblick auf eine Crashsicherheit einfacher
als derzeitig übliche, aus
dem Stand der Technik bekannte Betätigungsvorrichtungen gestaltet
werden, da aufwändige
Maßnahmen
zur Verhinderung einer Pedalverlagerung in den Fahrzeuginnenraum
durch die veränderte
Ausgangsposition der Betätigungsvorrichtung
entfallen können.
Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass die Fremdkrafteinrichtung durch mit
dem Fußpedal
wirkverbundene Aktivierungsmittel ansteuerbar ist. Die Aktivierungsmittel
nehmen die Aktivierung der Fremdkrafteinrichtung in Abhängigkeit
von einer Stellung des Fußpedals
zwischen der Ruheposition und der Maximalposition vor. Dabei kann
vorgesehen werden, dass die Aktivierung bei Erreichen der Maximalposition
des Fußpedals
erfolgt, so dass die Fremdkrafteinrichtung unmittelbar mit Beendigung
der durch das Fußpedal
hervorgerufenen Stellbewegung, insbesondere übergangslos, aktiviert wird
und die vollständige
Betätigung
der Funktionseinrichtung sicherstellt. Als Aktivierungsmittel kommen
insbesondere Sensormittel in Frage, die eine Pedalstellung zwischen
der Ruheposition und der Maximalposition detektieren, ein positionsabhängiges Steuersignal
erzeugen und in Abhängigkeit
eines vorgebbaren Schwellwerts die Fremdkrafteinrichtung ansteuern.
Die Sensormittel können
auch als Positionssensoren ausgebildet sein, die ein Schaltsignal
auslösen,
wenn das Fußpedal
eine vorgebbare Pedalstellung erreicht hat.
In
Ausgestaltung der Erfindung beträgt
der mit dem Fußpedal
ansteuerbare Stellbereich 10% bis 90% des Stellwegs. Dadurch wird
eine signifikante Verkürzung
des Pedalwegs ermöglicht, ohne
Nachteile bei der Feindosierung der Funktionseinrichtung in Kauf
nehmen zu müssen.
In einer bevorzugten Ausführungsform
beträgt
der Stellbereich 20% bis 50% des Stellwegs, so dass eine erhebliche
Verkürzung
des Pedalwegs erreicht werden kann.
In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Stelleinrichtung für die Betätigung einer
Kupplungseinrichtung oder einer Bremseinrichtung ausgebildet. Bei
einer Kupplungseinrichtung ist über
den Stellbereich hinaus, in dem die Feindosierung durch die Stelleinrichtung
gewährleistet
sein muss, um ruckfreie Ein- bzw. Ausrückvorgänge der Kupplung zu ermöglichen,
ein langer restlicher Stellweg zur Verfügung zu stellen. Mittels dieses
langen Stellwegs wird eine vollständige Trennung der Kupplungseinrichtung
auch für
unterschiedliche Verschleißzustände gewährleistet.
Bei Einsatz der Stelleinrichtung für eine Bremseinrichtung kann über den
normalen Betriebsbereich der Bremseinrichtung, in dem die Feindosierung
der Stelleinrichtung für
wohldosierte Bremsvorgänge
notwendig ist, in einem Bereich mittlerer bis maximaler Bremsleistungen
eine vollständige
fremdkraftbetätigte
Ansteuerung der Bremseinrichtung erzielt werden, was insbesondere
bei Antiblockiersystemen zu einer Entkopplung der von der Bremseinrichtung
auf das Fußpedal
rückgekoppelten Druckpulse
und damit zu einer Steigerung des Sicherheitsgefühls beim Bremsvorgang führt. Außerdem kann
für Notbremsungen
eine Krafterhöhung
für die
Bremseinrichtung erzielt werden, um eine maximale Bremsleistung
hervorzurufen.
In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist die Fremdkrafteinrichtung für eine zumindest abschnittsweise
Fremdkraftunterstützung des
Pedalwegs ausgebildet. Damit kann neben der Pedalwegverkürzung auch
eine Verringerung der vom Bediener aufzubringenden Bedienkräfte für die Stelleinrich tung
erzielt werden. Die Fremdkraftunterstützung kann längs des
gesamten Pedalwegs oder nur abschnittsweise, insbesondere nahe der
Maximalposition, vorgesehen sein. Dabei ist insbesondere eine proportionale,
wegunabhängige
Fremdkraftunterstützung
ebenso denkbar wie eine wegabhängige,
kennfeldgesteuerte Fremdkraftunterstützung, die in Abhängigkeit
vom Pedalweg ein variierendes Unterstützungsniveau zur Verfügung stellt.
In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Fußpedal im wesentlichen in einer
Ebene mit einem Gaspedal des Kraftfahrzeuges angeordnet. Dadurch
wird eine Bedienbarkeit der Betätigungsvorrichtung,
insbesondere in Notsituationen, verbessert. Der Bediener, der im
normalen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs den Fuß auf dem Gaspedal hat, muss
zur Betätigung
des Fußpedals,
das insbesondere als Bremspedal oder Kupplungspedal ausgeführt ist,
den Fuß vom
Gaspedal nehmen und auf das Fußpedal setzen,
um es anschließend
mit der Bedienkraft zu beaufschlagen. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist hierbei ein vom Fuß des
Bedieners zurückzulegender
Bedienweg deutlich kürzer
und deutlich einfacher auszuführen,
da der Fuß weniger
weit zurückgezogen
werden muss, um von dem gedrückten
Gaspedal auf das in der Ruheposition befindliche Fußpedal gesetzt
zu werden. Damit ermöglicht
die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung
eine Erhöhung
der Bediensicherheit und des Komforts. Außerdem wird durch die Zurückversetzung
des Fußpedals
eine Erhöhung
der passiven Sicherheit im Fußraum
erreicht, da im Crashfall das Fußpedal weniger weit in den
Fußraum
hineinragt und somit mehr Raum für
eine Bewegung der Füße des Bedieners lässt.
In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist die Fremdkrafteinrichtung Bestandteil einer als
Hydraulikkreis ausgeführten
Kopplungseinrichtung und weist eine Druckerzeu gungseinrichtung und/oder
eine Druckspeichereinrichtung und/oder ein Steuerventil auf. Eine
Kopplungseinrichtung ermöglicht
die Übertragung
der Pedalarbeit vom Fußpedal auf
die Stelleinrichtung mittels eines im wesentlichen geschlossenen
Hydrauliksystems. Die vom Bediener aufgebrachte Pedalkraft wird
in einen hydraulischen Druck gewandelt, der über ein Rohr- und/oder Schlauchsystem
an die Stelleinrichtung übertragen wird
und dort in eine Stellkraft umgesetzt wird. Um die erfindungsgemäße Fremdkraftunterstützung für den über den
Stellbereich hinausgehenden Stellweg bzw. für den gesamten Stellweg zur
Verfügung
stellen zu können,
ist an der Kopplungseinrichtung zumindest eine Druckerzeugungseinrichtung,
die insbesondere als hydraulische Pumpe ausgeführt sein kann, und/oder eine
Druckspeichereinrichtung vorgesehen. Damit kann der hydraulische
Druck in der Kopplungseinrichtung ohne Zutun des Bedieners erhöht werden,
so dass die gewünschte
Fremdkraftunterstützung
ermöglicht
wird. Für
eine erfindungsgemäße Fremdkraftunterstützung ist
an der Kopplungseinrichtung ein Steuerventil vorgesehen, dass den
in der Druckspeichereinrichtung gespeicherten bzw. von der Druckerzeugungseinrichtung
hervorgerufenen Hydraulikdruck bedarfsabhängig der Kopplungseinrichtung
zuführt.
In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Fremdkrafteinrichtung
mit der Stelleinrichtung in Reihe oder parallel geschaltet. Damit
kann in einfacher Weise eine Kombination der Stelleinrichtung mit einer
gänzlich
anders gearteten Fremdkrafteinrichtung verwirklicht werden. Beispielsweise
ist eine Kombination der als Hydrauliksystem ausgeführten Stelleinrichtung
mit einer als elektrischer oder pneumatischer Antrieb ausgeführten Fremdkrafteinrichtung
durch Reihenschaltung verwirklichbar. Während durch die Stelleinrichtung
eine vollständig
mechanische Kopplung zwischen dem Fußpedal und der Funktionseinrichtung
erzielt wird, die für
eine Betriebs sicherheit der Betätigungsvorrichtung
von hoher Bedeutung ist, kann die Fremdkrafteinrichtung mechanisch
entkoppelt vom Fußpedal
ausgeführt sein.
Dadurch lässt
sich in einfacher Weise eine kennfeldgesteuerte Fremdkraftunterstützung für den Stellbereich
der Stelleinrichtung verwirklichen, was unter Komfortgesichtspunkten
von Interesse ist. Darüber
hinaus kann bei geeigneter Ausgestaltung der Fremdkrafteinrichtung
eine zusätzliche
Sicherheitsebene für
die Betätigung
der Funktionseinrichtung geschaffen werden, da eine parallele oder
unabhängige Ansteuerung
der Funktionseinrichtung durch die Stelleinrichtung und die in Reihe
geschaltete Fremdkrafteinrichtung möglich ist.
Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, das anhand
der Figuren dargestellt ist. Dabei zeigt:
1 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Betätigungsvorrichtung
mit hydraulischer Kopplungseinrichtung und einer integrierten, hydraulischen
Fremdkrafteinrichtung,
2 eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Betätigungsvorrichtung
mit Kopplungseinrichtung und einer integrierten, elektrischen Fremdkrafteinrichtung,
und
3 ein
Kraft-Weg-Diagramm für
eine erfindungsgemäße Fremdkraftunterstützung der
Funktionseinrichtung.
Eine
Betätigungsvorrichtung 1 für eine kraftbetätigte Funktionseinrichtung 2 eines
Kraftfahrzeugs weist ein Fußpedal 3,
das entlang eines Pedalwegs 4 zwischen einer Ruheposition 5 und
einer Maximalposition 6 betätigbar ist. Mit dem Fußpedal 3 ist eine
Stelleinrichtung 7 bewegungsgekoppelt, die entlang eines
Stellwegs 8 zwischen einer Ruheposition 9 und
einer Funktionsposition 10 für eine Ansteuerung der Funktionseinrichtung 2 vorgesehen
ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Funktionseinrichtung 2 eine Kupplungseinrichtung
für ein Kraftfahrzeug,
bei der die Ruheposition 9 eine reibschlüssige Verbindung
zwischen Kupplungsscheiben beschreibt, während die Funktionsposition 10 den ausgekuppelten
Zustand beschreibt. Der Stellweg 8 weist dabei einen Stellbereich 11 für eine Feindosierung
der Funktionseinrichtung auf. Der Stellbereich 11 ist im
wesentlichen durch den Pedalweg 4 bis zur Maximalposition 6 des
Fußpedals 3 ansteuerbar, während eine
Fremdkrafteinrichtung 12 für eine vollständig fremdkraftbetätigte Ansteuerung
des restlichen Stellwegs 13 vorgesehen ist. Das Fußpedal 3 ist
an einer Drehlagerung 14 schwenkbeweglich in einem Fußraum eines
Kraftfahrzeugs angebracht und wirkt als Betätigungshebel für einen
Kupplungsgeberzylinder 15, der eine Komponente einer als
Hydrauliksystem ausgeführten
Kopplungseinrichtung 16 ist. Alle in den Figuren dargestellten
Dimensionen sind nicht maßstäblich und
sind daher lediglich als prinzipielle Angaben zu verstehen.
Von
dem Kupplungsgeberzylinder 15 verläuft eine Druckleitung 17 zur Übertragung
eines von einem Bediener durch Betätigung des Fußpedals 3 aufgebrachten
hydraulischen Drucks zu einer als Kupplungsnehmerzylinder 18 ausgeführten Stelleinrichtung.
Der Kupplungsnehmerzylinder 18 ist über eine Kolbenstange 19 mit
einem Steuerkolben 20 der Fremdkrafteinrichtung 12 verbunden.
Der Steuerkolben 20 ist in einer gemeinsamen Zylinderbohrung 21 mit
einem Arbeitskolben 22 untergebracht und schließt mit dem
Arbeitskolben 22 ein veränderbares Arbeitsvolumen 23 ein.
Der Zylinderbohrung 21 ist eine Versorgungsleitung 24 zugeordnet,
die für
einen Zu- und Abstrom eines Hydraulikmediums vorgesehen ist. Für einen
Zustrom des Hydraulikmediums zwischen den Steuerkolben 20 und
den Arbeits kolben 22 ist eine motorbetriebene Hydraulikpumpe 25 sowie
ein Druckspeicher 26 vorgesehen, die über ein Überdruckventil 27 gegen Überlastungen
abgesichert sind und von einem 3/2-Wegeventil 28 gegenüber dem
Arbeitsvolumen 23 abschaltbar sind. Für einen Abstrom des Hydraulikmediums
ist eine ebenfalls über
das 3/2-Wegeventil 28 schaltbare Abflussleitung 29 vorgesehen,
die mit einem Druckreduzierventil 30 versehen ist.
Für eine Aktivierung
der Fremdkrafteinrichtung 12 ist eine von dem Fußpedal 3 ansteuerbare Schalteinrichtung 31 vorgesehen,
die bei Erreichen der Maximalposition 6 des Fußpedals 3 einen
elektrischen Steuerimpuls an das 3/2-Wegeventil 28 abgeben
kann, um die gewünschte
Fremdkraftunterstützung
für die
Betätigung
der Funktionseinrichtung 2 zu gewährleisten.
Für eine Betätigung der
Betätigungsvorrichtung 1 wird
von einem nicht dargestellten Bediener eine Bedienkraft auf das
Fußpedal 3 aufgebracht,
die aufgrund der schwenkbeweglichen Anbringung des Fußpedals 3 an
der Drehlagerung 14 zu einer Drehbewegung des Fußpedals 3 führt, durch
die eine Krafteinleitung in den mit dem Fußpedal 3 wirkverbundenen
Kupplungsgeberzylinder 15 hervorgerufen wird. Der nicht
näher bezeichnete
Kolben des Kupplungsgeberzylinders 15 ruft in der Druckleitung 17 einen
hydraulischen Druck hervor, der zu einer Kraftübertragung auf die Kolbenstange 19 und
den damit verbundenen Steuerkolben 20 bewirkt. Damit wird
im Arbeitsvolumen 23 befindliches Hydraulikmedium komprimiert
und führt
zu einer Kraftbeaufschlagung des Arbeitskolbens 22, der
die Funktionseinrichtung 2 ansteuert. Die mit nicht dargestellten
Federmitteln vorgespannte Funktionseinrichtung 2 wird durch
die eingeleitete Betätigungskraft
aus ihrer Funktionsposition auslenkt, wodurch eine Bewegung des
unmittelbar gekoppelten Arbeitskolbens 22, des Steuerkolbens 20,
der Kolbenstange 19, des Kolbens des Kupplungsgeberzylinders
sowie des Kupplungspedals 3 stattfindet. Durch die Auslenkung
der als Kupplungseinrichtung ausgeführten Funktionseinrichtung 2 wird
eine Auftrennung eines Kraftflusses zwischen einer nicht dargestellten
Antriebsmaschine und einem ebenfalls nicht dargestellten Getriebe
des Kraftfahrzeugs bewirkt. Dabei wird der Kraftfluss im wesentlichen
im Stellbereich der Stelleinrichtung aufgetrennt, während der
restliche Stellweg in erster Linie als Sicherheitsreserve für einen
Verschleiß der Kupplungseinrichtung
vorgesehen ist. Damit ist auch die Feindosierung durch den Bediener
im Stellbereich vorzunehmen, während
für den
restlichen Stellweg lediglich die Stellbewegung als Solche von Bedeutung
ist.
Bei
weiter ansteigender Bedienkraft wird das Fußpedal 3 in Richtung
der Maximalposition 6 bewegt und kommt bei Erreichen der
Maximalposition 6 mit der Schalteinrichtung 31 in
Wirkverbindung, wodurch ein Schaltimpuls ausgelöst wird. Der Schaltimpuls führt zu einer
Ansteuerung des 3/2-Wegeventils 28, wodurch eine Verbindung
zwischen der Hydraulikpumpe 25, dem Druckspeicher 26 und
dem Arbeitsvolumen 23 hergestellt wird. Erhält der Bediener seine
Bedienkraft auf das Fußpedal 3 aufrecht,
so kann Hydraulikmedium in das Arbeitsvolumen 23 einströmen und
somit den restlichen Stellweg der Stelleinrichtung zu Ansteuerung
der Funktionseinrichtung 1 bewirken. In einer vorteilhaften
Ausführungsform der
Erfindung, bei der eine für
den restlichen Stellweg aufzubringende Bedienkraft geringer ist
als eine zur Überwindung
des Stellbereichs notwendige Bedienkraft, kann ein isobares Einströmen von
Hydraulikmedium in das Arbeitsvolumen 23 vorgesehen sein, so
dass keine Kraftrückwirkung
für den
Bediener spürbar
ist.
Bei
der in 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist
unmittelbar an der Kolbenstange 19 des Kupplungsnehmerzy- linders 18 eine
parallel geschaltete elektrische Fremdkrafteinrichtung 62 vorgesehen,
die als Spindeltrieb ausgeführt
ist und von einem Elektromotor betreibbar ist. Zu Ansteuerung der
Fremdkrafteinrichtung 62 ist an der Drehlagerung 14 des
Fußpedals 3 eine
Winkelsensoreinrichtung 82 vorgesehen, die mit einer Steuerungseinrichtung 83 verbunden
ist. Bei Aufbringen einer Bedienkraft auf das Fußpedal 3 wird durch
die Wirkverbindung des Kupplungsgeberzylinders 15 mit dem Kupplungsnehmerzylinder 18 die
oben beschriebene Auslenkung der Funktionseinrichtung 2 hervorgerufen,
so dass auch das Fußpedal 3 ausgelenkt
wird. Die Winkelsensoreinrichtung gibt dabei ein Positionssignal
an die Steuerungseinrichtung 83 ab. Bei Erreichen der Maximalposition 6 wird
die Fremdkrafteinrichtung 62 durch die Steuerungseinrichtung 83 aktiviert
und erlaubt die Betätigung
der Funktionseinrichtung 2 über den Stellbereich 11 hinaus
bis zum Ende des Stellwegs in die Funktionsposition 10.
Aus
dem in 3 dargestellten Kraft-Weg-Diagramm geht ein exemplarischer
Zusammenhang zwischen dem Pedalweg s und der vom Bediener aufzubringenden
Bedienkraft F für
unterschiedliche Betätigungsvorrichtungen
hervor. Dabei beschreibt die aus den Kurvenabschnitten A und B gebildete
Kurve einen Kraft-Weg-Verlauf
für eine Betätigungsvorrichtung
ohne Fremdkraftunterstützung.
Mit Betätigung
des in der Ruheposition befindlichen Fußpedals ist zunächst eine
Bedienkraft FA aufzubringen, die im wesentlichen aus der Vorspannung
der Funktionseinrichtung resultiert. Mit zunehmendem Pedalweg nimmt
die Bedienkraft bis zu einem Scheitelpunkt ebenfalls zu, um dann
anschließend
abzufallen, was sich durch die Hebelverhältnisse zwischen Fußpedal und
Kupplungsgeberzylinder und durch die konstruktive Ausgestaltung
der Funktionseinrichtung erklärt.
Kurz hinter dem Scheitelpunkt endet der mit I gekennzeichnete, in
der Ruheposition des Fußpedals
beginnende Stellbereich 11, und es schließt sich
der restliche Stellweg an, der mit II gekennzeichnet ist. Die Maximalposition
des Fußpedals ist
bei MO erreicht. Die unter der Kurve eingeschlossene Fläche, die
aus den Flächenabschnitten
X, Y und Z gebildet ist, beschreibt die vom Bediener aufzubringende
Pedalarbeit, die das Produkt aus Kraft und Weg darstellt.
Die
mit C gekennzeichnete Kurve beschreibt einen Kraft-Weg-Verlauf für eine fremdkraftunterstützte Betätigungsvorrichtung,
bei der bereits ab der Ruheposition eine Fremdkraftunterstützung vorgesehen
ist und die mit dem Ende des Stellbereiches eine vollständig fremdkraftbetätigte Ansteuerung
der Stelleinrichtung vorsieht. Dadurch ist die Maximalposition Ml
früher
erreicht als bei der Betätigungsvorrichtung ohne
Fremdkrafteinrichtung. Die vom Bediener zu erbringende Pedalarbeit
wird durch die Fläche
Y gekennzeichnet. Bis zum Ende des Stellbereichs 11 wird
durch die Fremdkrafteinrichtung zusätzlich die Fremdarbeit X erbracht,
nach Erreichen des Stellbereichs erbringt der Bediener keine weitere
Pedalarbeit, die zur Betätigung
der Funktionseinrichtung benötigte,
durch den Flächenabschnitt
Z beschriebene Stellarbeit wird ausschließlich durch die Fremdkrafteinrichtung
erbracht.