DE102005033179A1

DE102005033179A1 - Pedalmodul

Info

Publication number: DE102005033179A1
Application number: DE200510033179
Authority: DE
Inventors: Michael Thiel; Guido Thiele; Klaus Nicolai
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2007-01-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Pedalmodul (1) und Sensormodul zum Erzeugen eines Stellsignals. Das Pedalmodul (1) umfasst ein Pedal (2), welches um eine Drehachse (11) bewegbar ist; mit dem Pedal (2) gekoppelte Magnetfelderzeugungsmittel (18) zum Erzeugen eines Magnetfelds und eine Sensoreinheit (19) zum Erzeugen eines Stellsignals in Abhängigkeit von einer Stellung des Pedals (2); wobei das Pedal (2) im Bereich der Drehachse (11) eine Aussparung (3) umfasst; mittels der Magnetfelderzeugungsmittel (18) in der Aussparung (3) ein Magnetfeld mit einer Magnetfeldrichtung (23), die im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse (11) ausgerichtet ist, erzeugbar ist und die Sensoreinheit (19) ein Sensorelement (21) umfasst, das auf der Drehachse (11) im Bereich der Aussparung (3) angeordnet ist und von dem eine physikalisch messbare Größe in Abhängigkeit der Magnetfeldrichtung (23) in einer Ebene senkrecht zur Drehachse (11) veränderlich ist. Bei dem Sensormodul umfasst die Sensoreinheit (19) ein Sensorelement (21) und ist ein Ende des Sensormoduls achsförmig entlang einer Längsrichtung ausgebildet, um entlang der Längsrichtung in eine Aussparung (3) des Pedals (2) auf der Drehachse (11) einbringbar zu sein, dass das Sensorelement (21) in der Aussparung (3) des Pedals (2) angeordnet ist und ein physikalisch messbare Größe des Sensorelements (21) in Abhängigkeit einer Magnetfeldrichtung (23) in einer Ebene senkrecht zur Drehachse (11) veränderlich ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Pedalmodul nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Sensormodul nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 16.
Pedalmodule werden in Kraftfahrzeugen zumeist als Gas-, Brems- oder Kupplungspedale eingesetzt. Die Pedalmodule umfassen in der Regel ein Sensormodul, welches ein Stellsignal in Abhängigkeit von einer Stellung des Pedals erzeugt.

Bei dem Pedalmodul ist jeweils ein Pedal beweglich gelagert. Das Sensormodul umfasst eine Sensoreinheit, die die Stellung des Pedals in das Stellsignal umsetzt. Im Stand der Technik sind viele Pedalmodule bekannt, deren Sensormodul eine Sensoreinheit umfasst, die ein magnetisches Sensorelement aufweist. Das Fraunhofer Institut für integrierte Schaltungen ISS hat ein Verfahren entwickelt, um die Auslenkung eines Gaspedals direkt in ein elektrisches Signal zu überführen. Hierzu ist unterhalb des Gaspedals eine Sensoreinheit angeordnet, mit der das Magnetfeld gleichzeitig in allen drei Raumrichtungen bis auf 0,1° genau gemessen werden kann. Die Sensoreinheit basiert auf dem Hall-Effekt, bei dem in einem von einem Strom durchflossenen Leiter, der sich in einem Magnetfeld befindet, Elektronen seitlich abgelenkt werden und so eine Querspannung erzeugt wird. Diese Querspannung ist proportional zur Magnetfeldstärke. Der Sensor ist aus CMOS-Technik gefertigt und befindet sich auf einem Chip, auf dem auch der größte Teil der Auswerteelektronik integriert ist. Um eine Fehlererkennung zu ermöglichen, ist die Sensoreinheit von einer kleinen Spule umgeben, die periodisch eingeschaltet wird. Das hierdurch erzeugte zusätzliche Magnetfeld wird von der Sensoreinheit mit vermessen. Sollte ein Defekt vorliegen, so wird dieses Extrasignal, das von der kleinen Spule erzeugt wird, nicht mehr gemessen.

Des Weiteren sind im Stand der Technik Pedalmodule bekannt, bei denen das Pedal um eine Drehachse bewegbar ist. An dem Pedal sind Magnetfelderzeugungsmittel, die in der Regel ein oder mehrere Permanentmagnete umfassen, angeordnet, die ein sich mit der Bewegung des Pedals veränderliches Magnetfeld erzeugen. Ein neben dem Pedal angeordnetes Sensorelement der Sensoreinheit misst diese Magnetfeldänderung. Die Sensoreinheit des Sensormoduls erzeugt hieraus das Stellsignal.

Pedalmodule sind in Kraftfahrzeugen in der Regel im Fußraum eines Fahrzeuglenkers angeordnet. Sie werden mit den Füßen betätigt. Die Pedalmodule müssen daher gut gegenüber Verschmutzungen durch Staub und andere Schmutzpartikel, die am Schuhwerk eines Fahrzeuglenkers anhaften, geschützt werden. Insbesondere ist ein Eindringen von Schmutzpartikel in den Bereich zu vermeiden, in dem sich das Sensorelement und gegebenenfalls eine Auswerteelektronik einer Sensoreinheit befinden. Daher umfassen die im Stand der Technik bekannten Pedalmodule in der Regel ein Gehäuse, an dem das Pedal gelagert ist. In dem Gehäuse befinden sich ferner Rückstellmittel, die beim Betätigen des Pedals eine Rückstellkraft erzeugen. Das Gehäuse ist mit einem Deckel abgedeckt. Innerhalb des mit dem Deckel verschlossenen Gehäuses ist in der Regel ein Zwischendeckel vorgesehen, der den Bereich, in dem sich die Rückstellmittel befinden und sich das Pedal mechanisch bewegt, von einem Bereich abgedichtet abtrennt, in dem sich die Auswerteeinrichtung mit dem Sensorelement und der Auswerteelektronik befindet. Hierdurch wird die empfindliche Sensoreinheit geschützt.

Das aus dem Stand der Technik bekannte Pedalmodul ist aus vielen Einzelteilen zusammengesetzt und erfordert einen hohen Montageaufwand, insbesondere um die Sensoreinheit gegenüber den mechanisch beweglichen Teilen und der Umgebung des Pedalmoduls hermetisch abzudichten. Ferner weist das bekannte Pedalmodul eine räumliche Ausdehnung auf, die eine Integration in den Fußraum beschränkt.

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein Pedalmodul und ein Sensormodul zum Erzeugen eines Stellsignals zu schaffen, die einen kompakteren und robusteren Aufbau eines Pedalmoduls gestatten, das mit einem geringeren Montageaufwand herstellbar ist.

Die technische Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Pedalmodul nach dem Patentanspruch 1 und ein Sensormodul nach dem Patentanspruch 16 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass ein Sensorelement der Sensoreinheit, welche das Stellsignal erzeugt, in einer Aussparung des Pedals, durch die die Drehachse verläuft, angeordnet wird. Im Bereich der Aussparung wird von Magnetfelderzeugungsmitteln ein Magnetfeld mit einer Magnetfeldrichtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Drehachse ausgerichtet ist, erzeugt. Das Sensorelement der Sensoreinheit ist so ausgebildet, dass von ihm eine physikalisch messbare Größe in Abhängigkeit der Magnetfeldrichtung in einer Ebene senkrecht zu der Drehachse veränderlich ist. Hierdurch wird ein kompakter Aufbau realisiert, da sich das Sensorelement auf der Drehachse in einer Aussparung des Pedals befindet. Insbesondere wird ein Pedalmodul zum Erzeugen eines Stellsignals vorgeschlagen, das ein Pedal, welches um eine Drehachse bewegbar ist, mit dem Pedal gekoppelte Magnetfelderzeugungsmittel zum Erzeugen eines Magnetfelds und eine Sensoreinheit zum Erzeugen eines Stellsignals in Abhängigkeit von einer Stellung des Pedals umfasst, wobei das Pedal im Bereich der Drehachse eine Aussparung umfasst, mittels der Magnetfelderzeugungsmittel in der Aussparung ein Magnetfeld mit einer Magnetfeldrichtung, die im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse ausgerichtet ist, erzeugbar ist, und die Sensoreinheit ein Sensorelement umfasst, das auf der Drehachse im Bereich der Aussparung angeordnet ist und von dem eine physikalisch messbare Größe in Abhängigkeit der Magnetfeldrichtung in einer Ebene senkrecht zur Drehachse veränderlich ist. Ferner wird ein Sensormodul mit einer Sensoreinheit zum Erzeugen eines Stellsignals in Abhängigkeit von einer Stellung eines Pedals vorgeschlagen, das um eine Drehachse bewegbar ist, wobei die Sensoreinheit ein Sensorelement umfasst und ein Ende des Sensormoduls achsförmig entlang einer Längsrichtung ausgebildet ist, um entlang der Längsrichtung in eine Aussparung des Pedals auf der Drehachse einbringbar zu sein, dass das Sensorelement in der Aussparung des Pedals angeordnet ist und eine physikalisch messbare Größe des Sensorelements in Abhängigkeit einer Magnetfeldrichtung in einer Ebene senkrecht zur Drehachse veränderlich ist.

Das Pedal umfasst einen Betätigungshebel und einen Abschnitt, in dem sich die Aussparung befindet, durch die die Drehachse verläuft. In der Regel ist diese Aussparung konzentrisch zur Drehachse ausgebildet und durchdringt das gesamte Pedal. Mit Drehachse wird die imaginäre Achse bezeichnet, um die sich das Pedal bei einer Betätigung dreht. Diese Drehachse muss nicht notwendigerweise als physikalische Achse ausgebildet sein. Eine physikalische Achse kann jedoch als Hohlachse ausgebildet sein, in der das Sensorelement anordenbar ist. Die Lagerung des Pedals kann jedoch mechanisch beliebig realisiert werden, solange eine Betätigung eine Drehbewegung um die Drehachse bewirkt, die durch die Aussparung des Pedals verläuft.

Das Sensorelement ist so ausgebildet, dass es eine Magnetfeldrichtungsänderung, die mit einer Stellungsänderung des Pedals gekoppelt ist, direkt in eine physikalisch messbare Größe umsetzt.

Vorteilhaft an der vorgeschlagenen Lösung ist, dass ein robustes, kompaktes und leicht montierbares Pedalmodul geschaffen wird, dessen Sensormodul ohne einen Einfluss auf die Mechanik des Pedalmoduls gewechselt werden kann.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Sensorelement ein anisotropes magnetoresistives Sensorelement (AMR-Sensorelement) ist. Anisotrope magnetoresistive Sensorelemente sind Dünnschichtsensoren aus einem ferromagnetischen Material, beispielsweise Permalloy, denen Widerstand gegenüber einem elektrischen Stromfluss von dem Winkel zwischen einer Stromrichtung des Stromflusses und einer Magnetfeldrichtung in der Ebene der Dünnschicht abhängt. Die Widerstandsänderung ist bei einem Überschreiten einer minimalen Magnetfeldstärke nur von der Richtung des Magnetfelds und nicht von der Magnetfeldstärke selbst abhängig. Daher ist ein AMR-Sensorelement besonders vorteilhaft, da es gegenüber Feldstärkeschwankungen des von den Magnetfelderzeugungsmitteln erzeugten Magnetfelds unabhängig ist. So können beispielsweise Fertigungstoleranzen bei den Magnetfelderzeugungsmitteln toleriert werden. Eine Kalibrierung hinsichtlich der Megnetfeldstärke des von den Magnetfelderzeugungsmitteln erzeugten Magnetfelds ist nicht notwendig.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung eines AMR-Sensorelements umfasst zwei Brücken, von denen eine Brücke ihren Widerstandswert in Abhängigkeit von einem Winkel einer Sensorelementausrichtung gegenüber der Magnetfeldrichtung sinusförmig und die andere Brücke ihren Widerstandswert cosinusförmig verändert. Hierdurch erhält man zwei Signale, die eine unterschiedliche Winkelabhängigkeit aufweisen. Hierdurch ist es möglich, immer eine hohe Messgenauigkeit unabhängig von einer Einbaulage des Sensorelements zu erhalten. Während die Brücke, die ein sinusförmiges Signal liefert, im Winkelbereich um 0° besonders empfindlich auf Winkelveränderungen reagiert, reagiert die zweite Brücke, die sich cosinusförmig mit dem Winkel verändert, im Bereich von 45° mit einer großen Empfindlichkeit, wohingegen das sinusförmige Signal der ersten Brücke hier nur eine schwache Abhängigkeit von dem Winkel aufzeigt. Ferner kann durch eine Differenzbildung bei der Auswertung die Winkelabhängigkeit des Magnetfelds relativ zu dem Sensorelement besonders exakt bestimmt werden.

Um ein Stellsignal zu erhalten, das linear von der Winkeländerung des Pedals abhängig ist, ist bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Sensoreinheit eine Auswerteelektronik umfasst, mittels der ein linear von dem Winkel α abhängendes Stellsignal erzeugbar ist.

Eine besonders kompakte und komfortable Weiterbildung der Erfindung erhält man, wenn die Auswerteelektronik in einem Chip integriert ist und so programmierbar ist, dass ein Offsetwinkel α' berücksichtigbar und/oder eine Kalibrierung des Stellsignals bezüglich einer Winkeländerung Δα möglich ist. Die Programmierbarkeit hinsichtlich eines Offsetwinkels α' bietet die Möglichkeit, Fertigungstoleranzen beim Zusammenbau des Pedalmoduls bzw. beim Einbau des Sensormoduls nach einem Zusammenbau zu korrigieren. Eine Kalibrierung hinsichtlich der Stellsignaländerung bezogen auf eine Winkeländerung ermöglicht es, ein Pedalmodul bzw. ein Sensormodul an unterschiedliche Fahrzeuge oder Fahrzeugeinheiten anzupassen, die das erzeugte Stellsignal weiterverarbeiten. Hierdurch wird eine Austauschbarkeit des Pedalmoduls bzw. Sensormoduls geschaffen, die es einem Fahrzeughersteller ermöglicht, diese in unterschiedlichen Fahrzeugen einzusetzen.

Eine besonders hohe Sicherheit kann mit einer Weiterbildung erreicht werden, bei der die Sensoreinheit ein zweites Sensorelement und eine weitere Auswerteelektronik umfasst, so dass das Sensorsignal redundant erzeugbar ist.

Um einen besonders guten Schutz des Sensorelements und/oder der Auswerteeinheit zu erhalten, sieht eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Sensoreinheit in ein Kunststoffteil integriert ist, das vorzugsweise mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt ist, so dass die Sensoreinheit gegenüber Schmutz und Feuchtigkeit hermetisch abgedichtet ist. Ein Spritzgussteil bietet einen guten Schutz gegenüber Schmutz und Feuchtigkeit und ist darüber hinaus sehr stabil, so dass auch mechanische Beschädigungen der Sensoreinheit vermieden werden können. Die Sensoreinheit kann so leichter in ein Bremspedalmodul montiert werden. Das Sensorelement bzw. die Sensoreinheit oder das Sensormodul sind als Spritzgussteil vorzugsweise so ausgebildet, dass sie formschlüssig in die Aussparung des Pedals bzw. einer Hohlachse einpassbar sind. Alternativ kann die Sensoreinheit in zwei Halbschalen eingefügt sein, die miteinander verclipst sind. Eine der Halbschalen ist dann vorzugsweise als Grundkörper zur Aufnahme der Sensoreinheit als Spritzgussteil ausgeführt.

Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Pedalmoduls ist vorgesehen, dass die Rückstellmittel an einem Gehäuse und dem Pedal angreifen und ein Federpaket umfassen, wobei das Gehäuse für die Rückstellmittel einen Schutz gegenüber einer Verschmutzung bietet.

Um die Anzahl der benötigten Bestandteile eines Pedalmoduls zu verringern, sieht eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass das Pedal an dem Gehäuse drehbar gelagert ist. Das Gehäuse kann hierbei so ausgebildet sein, dass es eine physikalische Achse umfasst, die in die Aussparung des Pedals einführbar ist. Diese von dem Gehäuse gebildete Achse ist dann hohl, so dass das Sensorelement auf der Drehachse aufgenommen werden kann. Um einen Zugriff auf die Rückstellmittel zu gestatten, ist das Gehäuse mit einem Gehäusedeckel verschließbar. Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Pedal an dem Gehäusedeckel gelagert ist. Es gibt eine Reihe unterschiedlicher Möglichkeiten, wie das Pedal an dem Gehäuse und/oder dem Deckel drehbar um die Drehachse lagerbar ist. Da der Deckel in der Regel keine Schutzfunktion hinsichtlich einer Beschädigung oder Verschmutzung des Sensorelements leistet reicht eine normale Verbindung mittels Verclipsens oder Verschweißens mit dem Gehäuse aus.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Magnetfelderzeugungsmittel zwei Magnete umfassen, die einander gegenüberliegend bezüglich der Drehachse um die Aussparung des Pedals in Ausnehmungen des Pedals angeordnet sind. Hierdurch wird eine besonders kompakte Bauform des Pedalmoduls erreicht. Die Magnetfelderzeugungsmittel können so in das Pedal integriert werden, so dass die Magnetfelderzeugungsmittel einen Platzbedarf für das Pedalmodul nicht erhöhen. Das Pedal ist bei einer solchen Ausführungsform vorteilhafterweise aus einem nicht magnetischen Material, beispielsweise einem nicht magnetischen Metall oder einem Verbundwerkstoff, beispielsweise einem kohlefaserverstärkten Kunststoff, hergestellt. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass magnetische Teilchen oder Magnet in den Kunststoff integriert sind. Hierbei können magnetische Teilchen einem Kunststoff beigemengt werden oder Magnete mit eingespritzt werden.

Um ein homogenes Feld in der Aussparung im Bereich der Drehachse mit kleinen Magneten erzeugen zu können und Streufelder zu vermeiden, umfasst eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ein Rückschlusselement aus Weicheisen zum Bewirken eines Rückschlusses des von den Magnetfelderzeugungsmitteln in der Aussparung erzeugbaren Magnetfelds. Ein solches Rückschlusselement kann beispielsweise ringförmig um die Aussparung angeordnet sein und an den in den Ausnehmungen des Pedals angeordneten Magneten jeweils anliegend angeordnet sein.

Um ein „ruhiges" Stellsignal bei einer leicht variierenden Kraft, die zum Betätigen des Pedals auf das Pedal angewandt wird, zu erreichen, sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, dass an dem Pedal Hystereseerzeugungsmittel angeordnet sind, die ein Reibelement, insbesondere ein bezüglich der Drehachse exzentrisches Reibelement, umfassen, das mit einer Gegenfläche zum Erzeugen einer Hysterese des Stellsignals bezüglich einer auf das Pedal entgegen einer von den Rückstellmitteln erzeugten Rückstellkraft aufgewandten Stellkraft wechselwirkt. Hierdurch wird erreicht, dass zunächst eine Mindestkraft auf das Pedal angewandt werden muss, bis eine Stellungs- bzw. Winkeländerung bei der Betätigung des Pedals eintritt. Wird die Kraft im ausgelenkten Zustand des Pedals nur geringfügig verringert, so tritt zunächst keine Winkeländerung bzw. Stellungsänderung des Pedals ein. Wenn die Änderung der aufgewandten Kraft eine Schwelle überschreitet, tritt auch eine Änderung des Winkels und somit eine Änderung des Stellsignals ein. Hierdurch wird eine Hysterese des Stellsignals bezüglich der auf das Pedal angewandten Kraft erzeugt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst eine Lagerbuchse das Reibelement. Bei einer solchen Ausführungsform ist in der Aussparung eine Lagerbuchse angeordnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht eines Pedalmoduls;
2 eine perspektivische Ansicht eines Sensormoduls;
3 eine perspektivische Ansicht eines Pedalmoduls;
4 eine schematische Ansicht, in der die Anordnung von Magnetfelderzeugungsmitteln und einer Sensoreinheit dargestellt sind;
5 eine schematische Darstellung eines Sensorelements und einer Auswerteelektronik;
6 eine grafische Darstellung der Winkelabhängigkeit des Sensorsignals;
7a–7e Schnittdarstellungen von verschiedenen Lagerungsmöglichkeiten des Pedals und Anordnungsvarianten des Sensorelements.
1 zeigt eine schematische Schnittzeichnung durch ein Pedalmodul 1. Das Pedalmodul umfasst ein Pedal 2, welches vorzugsweise aus einem nicht magnetischen Metall oder einem Verbundwerkstoff gefertigt ist. In einer Aussparung 3 ist eine Hohlachse 4 angeordnet, um die das Pedal 2 drehbar gelagert ist. Die Hohlachse 4 ist Bestandteil eines Gehäuses 5. Zwischen dem Gehäuse 5 und einem Pedalvorsprung 6 sind Rückstellmittel 7 angeordnet, die ein Federpaket, bestehend aus zwei Federn und einem Moosgummi, umfassen. Bei einer anderen Ausführungsform (nicht dargestellt) umfassen die Rückstellmittel eine Mehrdrahtfeder. Zwischen der Hohlachse 4 und dem Pedal 2 ist eine Lagerbuchse 8 angeordnet. Die Lagerbuchse 8 umfasst ein Hystereseerzeugungsmittel, das ein Reibelement 9 aufweist. Das Reibelement 9 wechselwirkt mit einer Gegenfläche 10, die Bestandteil des Gehäuses 5 ist. Wird auf das Pedal 2 eine Kraft ausgeübt, die entgegengesetzt zu der von den Rückstellmitteln 7 erzeugten Gegenkraft ist, muss zusätzlich eine Reibkraft, die zwischen dem Reibelement 9 und der Gegenfläche 10 erzeugt wird, überwunden werden, bevor sich das Pedal um eine Drehachse 11, die senkrecht zur Zeichenebene verläuft, gedreht wird. Wird die aufgewandte Kraft verringert, so wird das Pedal 2 erst zurückgestellt, wenn die von den Rückstellmitteln 7 bewirkte Rückstellkraft die Reibkraft überwindet.
In der Aussparung 3 innerhalb der Hohlachse 4 ist ein Sensormodul 12 angeordnet. Das Sensormodul 12 umfasst eine Sensoreinheit, die wiederum mindestens ein Sensorelement und eine Auswerteelektronik umfasst (beides nicht dargestellt).
In Ausnehmungen 13 des Pedals 2 sind Magnete 14 angeordnet. Die Ausnehmungen 13 sind durch die Lagerbuchse 8 abgedeckt. Die Magnete 14 bilden ein möglichst homogenes Magnetfeld im Bereich der Aussparung 3 des Pedals 2 aus, das im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse 11 ausgerichtet ist. Bei einer Drehbewegung des Pedals 2 um die Drehachse 11 wird somit auch die Magnetfeldrichtung in der Ebene senkrecht zur Drehachse um den gleichen Betrag gedreht. Das Sensorelement des Sensormoduls 12 ist so ausgebildet, dass es eine physikalisch messbare Größe umfasst, die sich in Abhängigkeit von der Magnetfeldrichtung in der Ebene senkrecht zur Drehachse 11 verändert. Mit Hilfe der Auswerteelektronik wird so ein Stellsignal erzeugt, welches vorzugsweise linear von der Winkeländerung des Pedals bzw. des Magnetfelds abhängt.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Sensormoduls 12, wie es in dem Pedalmodul 1 nach 1 integriert ist. In allen Figuren der Beschreibung sind technisch gleichwirkende Merkmale mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet. Das Sensormodul 12 ist Kunststoffteil, vorzugsweise als Spritzgussteil, ausgebildet. Hierzu kann ein Kunststoff verwendet werden, der unmagnetisch ist. Alternativ kann das Sensormodul zwei miteinander verclipste Halbschalen umfassen. Entlang einer Längsrichtung 15, die mittels eines Pfeils angedeutet ist, ist ein Ende des Sensormoduls 12 achsförmig ausgebildet. In diesem achsförmigen Teil des Sensormoduls 12 ist das Sensorelement so angeordnet, dass sich bei einem Einführen des Sensormoduls 12 entlang der Längsrichtung 15 in eine Aussparung eines Pedals das Sensorelement auf der Drehachse in der Aussparung des Pedals befindet. Das Sensormodul 12 umfasst Befestigungsvorrichtungen 16 sowie einen Stecker 17.
In 3 ist eine perspektivische Zusammenbauansicht des Pedalmoduls 1 nach 1 mit einem Sensorelement 12 nach 2 dargestellt. Das Gehäuse 5 umfasst einen Gehäusedeckel, der das Gehäuse gegen Schmutz hermetisch abdichtet, der weder in 1 noch in 3 dargestellt ist. Das Sensormodul 12 ist als Spritzgussteil so ausgebildet, dass es formschlüssig in die Aussparung des Pedals 2 bzw. die Hohlachse 4 (vergleiche 1) des Gehäuses 5 einpassbar ist.
In 4 ist eine schematische Ansicht der Anordnung der Magnetfelderzeugungsmittel 18 und einer Anordnung der Sensoreinheit 19 dargestellt. Die Magnetfelderzeugungsmittel 18 umfassen zwei Magnete 14, die einander gegenüberliegend um eine Aussparung des Pedals (nicht dargestellt) angeordnet sind. Ferner umfassen die Magnetfelderzeugungsmittel 18 ein Rückschlusselement 20, das vorzugsweise aus Weicheisen hergestellt ist. Das Rückschlusselement ist als Ring ausgebildet und mit den Magneten 14 unter Ausbildung eines guten magnetischen Schlusses angeordnet. Die Sensoreinheit 19 umfasst bei der dargestellten Ausführungsform zwei Sensorelemente 21, die jeweils mit einer Auswerteelektronik 22 gekoppelt sind. Bei den Sensorelementen 21 handelt es sich vorzugsweise um anisotrope magnetoresistive Sensorelemente (AMR-Sensorelemente). Diese umfassen einen flach ausgebildeten Metallstreifen aus einem ferromagnetischen Metall, vorzugsweise Permalloy. Die Sensorelemente 21 sind so ausgerichtet, dass ihre Ebene senkrecht zu der Drehachse 11 des Pedals (nicht dargestellt) ausgerichtet sind. Bei einer Drehbewegung des Pedals bewegt sich somit das von den Magnetfelderzeugungsmitteln 18 erzeugte Magnetfeld in der Weise, dass eine Magnetfeldrichtung 23 sich jeweils in einer Ebene der Sensorelemente 21 verändert.
In 5 ist eine Draufsicht auf eine solche Ebene eines der Sensorelemente 21 dargestellt. Das Sensorelement umfasst zwei Brücken, was durch eine Segmentierung unter 45° erreicht wird. Bei einem Stromfluss durch die beiden Brücken variiert die Spannung in beiden Zweigen aufgrund einer Magnetfeldrichtungsänderung unterschiedlich. Während eine Brücke ein sinusförmiges Spannungssignal in Abhängigkeit von dem Winkel der Magnetfeldrichtung 23 aufweist, weist ein Spannungssignal der anderen Brücke eine cosinusförmige Abhängigkeit auf. Die Auswerteelektronik 22 ist in der Lage, ein Stellsignal zu erzeugen, das linear von dem Winkel α abhängig ist. Die Auswerteelektronik ist ferner in der Weise programmierbar, dass ein Offsetwinkel α' berücksichtigbar ist, so dass das Stellsignal bei dem Winkel α = α' einen Anfangswert, beispielsweise 0, liefert. Das Sensorelement 21 aus Permalloy und die als Mikrochip ausgebildete Auswerteelektronik 22 auf Siliziumbasis können nicht unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sein. Daher ist das Sensorelement 21 über Drähte 24 mit der Auswerteelektronik 22 verbunden.
In 6 ist die Abhängigkeit eines Stellsignals, welches hier als Spannungssignal ausgebildet ist, von dem Winkel α dargestellt. Entspricht der Winkel α dem Offsetwinkel α', so hat das Stellsignal eine Spannung von 0 V. Wird das Pedal ausgelenkt, d.h. wird der Winkel α erhöht, so steigt das Stellsignal bis auf einen Maximalwert U_M. Dieser ist kleiner als die Versorgungsspannung U_V gewählt. Größere Auslenkungen bewirken kein größeres Stellsignal. Die Auswerteelektronik ist ferner so programmierbar, dass die Steigung des Stellsignals in Abhängigkeit von der Winkeländerung programmierbar ist. Dies bedeutet, der Wert ΔU in Abhängigkeit von Δα ist programmierbar. Die Sensoreinheit umfasst ferner pro Sensorelement mindestens einen Kondensator, um Spannungsschwankungen der Versorgungsspannung auszugleichen. Darüber hinaus ist das Sensorelement mit einem Widerstand so verschaltet, dass bei einem Ausfall des Sensorelements das Sensorsignal auf die Versorgungsspannung steigt. Hierdurch ist ein Ausfall eines Sensorelements leicht detektierbar.
7a bis 7e zeigen schematische Schnittzeichnungen, in denen dargestellt ist, wie das Pedal gelagert werden kann. Zusätzlich sind unterschiedliche Anordnungsmöglichkeiten für das Sensorelement 21 bzw. das Sensormodul 12 dargestellt. In den 7a und 7b wird das Pedal jeweils auf einer Hohlachse 4 des Gehäuses 5 sowie einer Hohlachsenfortsetzung 4' des Gehäusedeckels 25 gelagert. Die Lagerungsarten in 7a und 7b unterscheiden sich dadurch, dass in 7b zusätzlich Lagerungsvorsprünge 26 sowohl am Gehäuse 5 als auch am Deckel 25 vorgesehen sind.
Bei den Lagerungsvarianten nach 7c und 7d weist das Gehäuse 5 jeweils eine Hohlachse 4 auf, auf der das Pedal 2 gelagert ist. Bei den dargestellten Ausführungsformen ist das Sensormodul 12 als Gehäusedeckel 25 ausgebildet. Die Ausführungsform nach 7d unterscheidet sich von der nach 7c dadurch, dass bei der Ausführungsform nach 7d an dem Gehäusedeckel 25 bzw. dem Sensormodul 12 Lagerungsvorsprünge 26 vorgesehen sind. Bei beiden Ausführungsformen nach 7c oder 7d kann die Hohlachse 4 jeweils eine Verrippung zur Stabilisierung aufweisen.
7e zeigt eine weitere Variante zur Lagerung des Pedals 2. Das Pedal 2 weist Vorsprünge 27 auf, die in Lagerungsvorsprüngen 28 des Gehäuses 5 und des Deckels 25 geführt sind. Hierbei ist zwischen dem Gehäuse und dem Gehäusedeckel einerseits und dem Pedal 2 andererseits die Lagerbuchse 8 angeordnet.
Bei der beschriebenen Ausführungsform wurde das Reibelement als exzentrischer Vorsprung zur Drehachse beschrieben. Für den Fachmann ergibt es sich jedoch, dass eine Reibkontur beliebig anders ausgebildet sein kann, um eine Hysterese auf mechanische Art und Weise zu erzeugen.
Die beschriebenen Lagerungsmöglichkeiten sind lediglich beispielhaft beschrieben.

Claims

Pedalmodul (1) zum Erzeugen eines Stellsignals umfassend a. ein Pedal (2), welches um eine Drehachse (11) bewegbar ist; b. mit dem Pedal (2) gekoppelte Magnetfelderzeugungsmittel (18) zum Erzeugen eines Magnetfelds; und c. eine Sensoreinheit (19) zum Erzeugen eines Stellsignals in Abhängigkeit von einer Stellung des Pedals (2); dadurch gekennzeichnet, dass d. das Pedal (2) im Bereich der Drehachse (11) eine Aussparung (3) umfasst; e. mittels der Magnetfelderzeugungsmittel (18) in der Aussparung (3) ein Magnetfeld mit einer Magnetfeldrichtung (23), die im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse (11) ausgerichtet ist, erzeugbar ist; und f. die Sensoreinheit (19) ein Sensorelement umfasst, das auf der Drehachse (11) im Bereich der Aussparung (3) angeordnet ist und von dem eine physikalisch messbare Größe in Abhängigkeit der Magnetfeldrichtung (23) in einer Ebene senkrecht zur Drehachse (11) veränderlich ist.
Pedalmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (21) ein AMR-Sensorelement ist.
Pedalmodul (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das AMR-Sensorelement (21) zwei Brücken umfasst, von denen eine Brücke ihren Widerstandswert in Abhängigkeit von einem Winkel α einer Sensorelementausrichtung gegenüber der Magnetfeldrichtung (23) sinusförmig und die andere Brücke ihren Widerstandswert cosinusförmig verändert.
Pedalmodul (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (19) eine Auswerteelektronik (22) umfasst, mittels der ein linear von dem Winkel α abhängendes Stellsignal erzeugbar ist.
Pedalmodul (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik (22) in einem Chip integriert ist und so programmierbar ist, dass ein Offsetwinkel α' berücksichtigbar und/oder ein Kalibrieren des Stellsignals bezüglich einer Winkeländerung Δα möglich ist.
Pedalmodul (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (19) ein zweites Sensorelement (21) und eine weitere Auswerteelektronik (22) umfasst, so dass das Sensorsignal redundant erzeugbar ist.
Pedalmodul (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (19) in ein Kunststoffteil integriert ist, das vorzugsweise zumindest teilweise mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt ist, so dass die Sensoreinheit (19) gegenüber Schmutz und Feuchtigkeit hermetisch abgedichtet ist.
Pedalmodul (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rückstellmittel (7) an einem Gehäuse (5) und dem Pedal (2) angreifen und ein Federpaket umfassen, wobei das Gehäuse (5) für die Rückstellmittel (7) einen Schutz gegenüber einer Verschmutzung bietet.
Pedalmodul (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pedal (2) an dem Gehäuse (5) drehbar gelagert ist.
Pedalmodul (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) mit einem Gehäusedeckel (25) verschließbar ist.
Pedalmodul (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pedal (2) an dem Gehäusedeckel (25) gelagert ist.
Pedalmodul (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfelderzeugungsmittel (18) zwei Magnete (14) umfassen, die einander gegenüberliegend bezüglich der Drehachse um die Aussparung (3) des Pedals (2) in Ausnehmungen des Pedals (2) angeordnet sind.
Pedalmodul (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Rückschlusselement (20) aus Weicheisen zum Bewirken eines Rückschlusses des von den Magnetfelderzeugungsmitteln (18) in der Aussparung (3) erzeugbaren Magnetfeldes.
Pedalmodul (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Pedal (2) Hystereseerzeugungsmittel angeordnet sind, die eine bezüglich der Drehachse (11) exzentrisches Reibelement (9) umfassen, das mit einer Gegenfläche (10) zum Erzeugen einer Hysterese des Stellsignals bezüglich einer auf das Pedal (2) entgegen einer von den Rückstellmitteln (7) erzeugten Rückstellkraft aufgewandten Stellkraft wechselwirkt.
Pedalmodul (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagerbuchse (8) das Reibelement (9) umfasst.
Sensormodul mit einer Sensoreinheit (19) zum Erzeugen eines Stellsignals in Abhängigkeit von einer Stellung eines Pedals (2), das um eine Drehachse (11) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (19) ein Sensorelement (21) umfasst und ein Ende des Sensormoduls achsförmig entlang einer Längsrichtung ausgebildet ist, um entlang der Längsrichtung in eine Aussparung (3) des Pedals (2) auf der Drehachse (11) einbringbar zu sein, dass das Sensorelement (21) in der Aussparung (3) des Pedals (2) angeordnet ist und eine physikalisch messbare Größe des Sensorelements (21) in Abhängigkeit einer Magnetfeldrichtung (23) in einer Ebene senkrecht zur Drehachse (11) veränderlich ist.
Sensormodul nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (19) ein Sensorelement (21) umfasst und das Sensorelement (21) ein AMR-Sensorelement ist.
Sensormodul nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das AMR-Sensorelement (21) zwei Brücken umfasst, von denen eine Brücke ihren Widerstandswert in Abhängigkeit von einem Winkel α einer Sensorelementausrichtung gegenüber der Magnetfeldrichtung (23) sinusförmig und die andere cosinusförmig verändert.
Sensormodul nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (19) eine Auswerteelektronik (22) umfasst, mittels der ein linear von dem Winkel α abhängendes Stellsignal erzeugbar ist.
Sensormodul nach einem der Ansprüche 16 bis 19 dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik (22) in einem Chip integriert ist und so programmierbar ist, das ein Offsetwinkel α' berücksichtigbar und/oder ein Kalibrieren des Stellsignals bezüglich einer Winkeländerung Δα möglich ist.
Sensormodul nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (19) ein zweites Sensorelement (21) und eine weitere Auswerteelektronik (22) umfasst, so dass das Sensorsignal redundant erzeugbar ist.
Sensormodul nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (19) in ein Kunststoffteil integriert ist, das vorzugsweise mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt ist, so dass die Sensoreinheit (19) gegenüber Schmutz und Feuchtigkeit hermetisch abgedichtet ist.