DE102011081071A1 - Fahrpedaleinheit für Kraftfahrzeuge - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrpedaleinheit für Kraftfahrzeuge, wobei eine durch eine entsprechende Betätigungskraft herbeigeführte Lageänderung der Pedalplatte gegenüber seiner Ausgangslage entgegen einer Rückstellkraft einer Rückstellfeder zu einer Erhöhung der Antriebskraft des Motors führt und bei nachlassender Betätigungskraft die Rückstellkraft der Rückstellfeder die Pedalplatte in Richtung seiner Ausgangslage zurückbefördert. Um dem Fahrzeugführer haptische Informationen zu übermitteln, sieht die vorliegende Erfindung vor, dass ein fremdansteuerbarer elektromechanischer Aktuator (5, 15) vorgesehen ist, der ein Element (2, 22) derart betätigt, dass für den Fahrzeugführer eine Vibration oder ein Klopfen an der Pedalplatte (3) spürbar ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrpedaleinheit für Kraftfahrzeuge, wobei eine durch eine entsprechende Betätigungskraft herbeigeführte Lageänderung der Pedalplatte gegenüber seiner Ausgangslage entgegen einer Rückstellkraft einer Rückstellfeder zu einer Erhöhung der Antriebskraft des Motors führt und bei nachlassender Betätigungskraft die Rückstellkraft der Rückstellfeder die Pedalplatte in Richtung seiner Ausgangslage zurückbefördert.
- Bei modernen Kraftfahrzeugen besteht generell das Problem, dass der Fahrzeugführer mit vielen Informationen seines Kraftfahrzeugs versorgt wird. Diese Reizüberflutung des Fahrzeugführers durch akustische und optische Signale führt zu einer Ablenkung vom Verkehr. Infolgedessen neigt der Fahrzeugführer dazu, die Signale zu überhören oder zu ignorieren oder er kann sie nicht mehr der Ursache zuordnen. Eine Fahrpedaleinheit der eingangs genannten Gattung vermeidet alle Nachteile optischer und akustischer Systeme: Es ist eine geeignete Mensch-Maschinen-Schnittstelle für Längsdynamik-Funktionen (Abstandsinformation, Geschwindigkeitsbegrenzung und -regelung) sowie zur Anzeige von Gefahrenhinweisen.
- Aus der
DE 32 32 160 A1 ist daher eine Vorrichtung bekannt, bei der die Rückstellkraft des Fahrpedals veränderbar ist und dem Fahrzeugführer eine haptische Rückmeldung gibt. Die Rückstellkraft des Fahrpedals wird im Bereich des gesamten Pedalwegs in Abhängigkeit von Kenngrößen, die das Motordrehmoment und die Motordrehzahl wiedergeben, automatisch eingestellt. Bei der vorbekannten Vorrichtung ist ein hydraulisches Stellglied vorgesehen, das über eine Feder mit dem Fahrpedal verbunden ist. Derartige Stellglieder sind vergleichsweise aufwendig, da sie regelbar sein müssen. - Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrpedaleinheit der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, dass dem Fahrzeugführer zuverlässig haptische Informationen zugeführt werden können und die Vorrichtung kostengünstig und robust ist.
- Diese Aufgabe wird durch eine Fahrpedaleinheit mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei ist ein fremdansteuerbarer elektromechanischer Aktuator vorgesehen ist, dessen Krafterzeugung parallel zur Betätigungskraft des Fahrzeugführers wirkt und der ein Element (derart betätigt, dass für den Fahrzeugführer eine Vibration oder ein Klopfen an der Pedalplatte spürbar ist. Der wesentliche Unterschied zu vorbekannten Fahrpedaleinheiten ist es, dass die kinematische Kette der Fahrpedalbetätigung durch die parallele Anordnung des elektromechanischen Aktuators nicht beeinflusst wird. Die Betätigungskraft des Fahrzeugführers und die vom elektromechanischen Aktuator erzeugte Kraft sind zueinander parallel. Das heißt, in den Kraftfluss der Fuß-Betätigungskraft wird kein Krafterzeugungselement geschaltet, sondern der krafterzeugende elektromechanische Aktuator wirkt parallel auf die Pedalplatte.
- Durch die Anordnung des elektromechanischen Aktuators auf der rückseitigen Fläche der Pedalplatte wird erreicht, dass eine Betätigung des Elements durch den elektromechanischen Aktuator eine Vibration oder ein Klopfen auf die Pedalplatte erzeugt.
- In einer ersten Alternative ist der elektromechanische Aktuator als Elektromotor ausgebildet, der ein exzentrisches Rotationselement betätigt. Der Elektromotor wird von einer Halterung aufgenommen, die sich auf der rückseitigen Fläche der Pedalplatte befindet. Alternativ ist der Elektromotor einstückig mit der rückseitigen Fläche der Pedalplatte ausgebildet. In beiden Fällen wird die von der Betätigung des exzentrischen Rotationselements verursachte Vibration auf die Pedalplatte übertragen.
- Bei einer zweiten Alternative ist der elektromechanische Aktuator als Elektromagnet ausgebildet, der einen Stößel betätigt. Dieser Stößel ist gegen die rückseitige Fläche der Pedalplatte bewegbar. Alternativ ist ein mit der rückseitigen Fläche verbundener Anschlag vorgesehen, gegen den der Stößel bewegbar ist.
- Der Elektromagnet wird von einer Haltevorrichtung aufgenommen wird, die sich auf der rückseitigen Fläche der Pedalplatte befindet. Alternativ ist der Elektromagnet einstückig mit der rückseitigen Fläche der Pedalplatte ausgebildet, sodass das von der Betätigung des Stößels verursachte Klopfen auf die Pedalplatte übertragen wird.
- Bevorzugt ist der elektromechanische Aktuator fremdansteuerbar ausgebildet, das heißt, der elektromechanische Aktuator ist von einer Steuereinheit ansteuerbar.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von vier Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Fahrpedaleinheit in der Ausführung eines stehenden Fahrpedals; -
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels in der Ausführung eines hängenden Fahrpedals; -
3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels als stehendes Fahrpedal; -
4a , b zwei Seitenansichten des dritten Ausführungsbeispiels aus3 mit zwei Betätigungspositionen des elektromechanischen Aktuators; -
5 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels als hängendes Fahrpedal; -
6a , b zwei Teilansichten des vierten Ausführungsbeispiels aus5 mit zwei Betätigungspositionen des elektromechanischen Aktuators und -
7a , b zwei Kraft-Weg-Diagramme der Pedalkennlinie der erfindungsgemäßen Fahrpedaleinheiten. - In
1 ist eine Fahrpedaleinheit für Kraftfahrzeuge dargestellt. Wenn der Fahrzeugführer auf eine Pedalplatte3 der Fahrpedaleinheit tritt und sich eine durch seine entsprechende Fuß-Betätigungskraft herbeigeführte Lageänderung der Pedalplatte gegenüber der Ausgangslage entgegen einer Rückstellkraft einstellt, so führt dies zu einer Erhöhung der Antriebskraft des Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs. Dabei ist es unerheblich, ob der Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs durch einen Verbrennungsmotor oder einen bzw. mehrere Elektromotoren oder durch eine Kombination der genannten Motoren realisiert wird. Löst der Fahrzeugführer seinen Fuß von der Pedalplatte3 , so befördert eine Rückstellkraft die Pedalplatte3 in Richtung seiner Ausgangslage zurück. Diese Rückstellkraft wird von einer hier nicht dargestellten Rückstellfeder erzeugt. Bei der in1 dargestellten Fahrpedaleinheit handelt es sich um eine sogenanntes stehende Fahrpedaleinheit: Die Pedalplatte3 ist verschwenkbar in einer Abstützvorrichtung1 gelagert, die in der Regel im Fußraum eines Kraftfahrzeugs auf dem Boden montiert wird. Die Bewegungen der Pedalplatte3 werden mittels eines Hebels6 in ein Gehäuse7 übertragen. In dem Gehäuse7 befindet sich die weitere Mechanik der Fahrpedaleinheit, wie etwa die eben genannte Rückstellfeder. Außerdem befindet sich in dem Gehäuse7 ein Sensor, der die Bewegung der Pedalplatte3 ermittelt und ein entsprechendes Signal ausgibt. Das Signal kann zur Ansteuerung des Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs dienen. Ein lediglich teilweise dargestellter Gehäusedeckel8 zeigt in1 , dass in dem Gehäuse7 eine Steuereinheit9 angeordnet ist, deren Aufgabe nachfolgend noch näher erläutert wird. - In modernen Kraftfahrzeugen werden dem Fahrzeugführer durch Anzeigesysteme zahlreiche optische und/oder akustische Informationen übermittelt. Bei einer Vielzahl derartiger optischer und/oder akustischer Informationen kann der Fahrzeugführer leicht wichtige Informationen übersehen oder nimmt diese nicht wahr. Daher sieht die vorliegende Erfindung vor, dem Fahrzeugführer auf besonders einfache Weise haptische Informationen über die Fahrpedaleinheit zukommen zu lassen. Die in
1 und2 dargestellten erfindungsgemäßen Fahrpedaleinheiten erzeugen eine Vibration an der Pedalplatte3 , die der Fahrzeugführer über seinen Fuß, der auf der Trittfläche13 der Pedalplatte3 ruht, wahr nimmt. So kann beispielsweise zum ökonomischen und spritsparenden Betrieb des Kraftfahrzeugs angehalten werden, indem eine Vibration der Pedalplatte3 vor einer ineffizienter Motordrehzahl des Antriebsmotors warnt. Andere haptische Informationen, die dem Fahrzeugführer übermittelt werden können sind außerdem die Übermittlung sicherheitskritischer Informationen wie ein unzureichender Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug. - Bei der in
1 dargestellten ersten Ausführung ist als elektromechanischer Aktuator ein Elektromotor5 an einer der Trittfläche13 gegenüberliegenden Fläche16 angeordnet. An dieser rückseitigen Fläche16 ist eine Halterung4 befestigt, die den Elektromotor5 aufnimmt. Von dem Elektromotor5 wird ein exzentrisches Rotationselement2 betätigt, d.h. in Rotation versetzt. Durch die schnelle Rotation des exzentrischen Rotationselements2 entsteht aufgrund der Unwucht des Rotationselements2 eine Vibration, die über den Elektromotor5 und die Halterung4 auf die Pedalplatte3 übertragen wird. Der Fahrzeugführer spürt diese Vibration an seinem Fuß, der auf der Trittfläche13 der Pedalplatte3 anliegt. Der Elektromotor5 wird von der vorhin erwähnten Steuereinheit9 angesteuert. Zu diesem Zweck ist der Elektromotor5 elektrisch mit der Steuereinheit9 verbunden, was in den Figuren jedoch nicht dargestellt ist. Wie es aus1 ersichtlich ist, wird die kinematische Kette der Fahrpedalbetätigung durch die parallele Anordnung des Elektromotors5 nicht beeinflusst. Die Betätigungskraft des Fahrzeugführers und die vom Elektromotor5 erzeugte Kraft sind zueinander parallel. Die Rückstellkraft der nicht dargestellten Rückstellfeder und die durch den Elektromotor5 erzeugten Vibrationen wirken parallel auf die Pedalplatte13 . - In
2 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrpedaleinheit dargestellt. Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit derselben Wirkung erhalten dabei dasselbe Bezugszeichen. Bei der in2 dargestellten Ausführungsform handelt es sich um ein sogenanntes hängendes Fahrpedal, das hängend in den Fußraum eines Kraftfahrzeugs montiert wird. Eine Pedalplatte3 ist mit einem Pedalhebel10 mit dem Gehäuse7 der Fahrpedaleinheit gekoppelt. Der Pedalhebel10 ist schwenkbar um eine Drehachse11 innerhalb des Gehäuses7 gelagert. Der Trittfläche13 der Pedalplatte3 gegenüberliegend befindet sich die rückseitige Fläche16 . An dieser rückseitigen Fläche16 ist ein Elektromotor5 angeordnet, der eine Welle12 antreibt. Auf der Welle12 ist das exzentrische Rotationselement2 aufgesteckt. Beim Betätigen des Elektromotors5 wird das exzentrische Rotationselement2 in eine schnelle Rotation versetzt und erzeugt aufgrund der exzentrischen Unwucht eine Vibration, die sich auf die Pedalplatte3 bzw. die Trittfläche13 überträgt. Der Elektromotor5 kann dabei an die rückseitige Fläche16 der Pedalplatte3 befestigt sein oder einstückig mit der Pedalplatte3 ausgebildet sein. Denkbar ist beispielsweise, dass die Pedalplatte3 als Spritzgussteil hergestellt wird, wobei direkt ein zylinderförmiges Gehäuse, in das der Elektromotor5 eingesetzt wird, mit ausgebildet wird. Wie bereits anhand von1 erwähnt, wird der Elektromotor5 von der Steuereinheit9 angesteuert. - Die durch den Elektromotor
5 und das exzentrische Rotationselement2 erzeugten Vibrationen sind graphisch in dem Kraft-Weg-Diagramm in7a dargestellt. In den7a und7b ist eine Pedalkennlinie dargestellt. Auf der Abszisse ist der Hub S der Pedalplatte3 abgetragen. Die Ordinate stellt die Rückstellkraft F an der Pedalplatte3 dar. Um die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu erhöhen, übt der Fahrzeugführer – wie bereits erwähnt – eine Kraft auf die Pedalplatte3 aus. Mit zunehmendem Hub, um den die Pedalplatte3 ausgelenkt wird, erhöht sich die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Um dem Fahrzeugführer das Gefühl zu vermitteln, dass er die Geschwindigkeit steuert, wird der Pedalplatte3 die Rückstellkraft F gegen den Fuß des Fahrzeugführers mit steigendem Pedalhub erhöht. Diese Rückstellkraft F wird durch eine Rückstellfeder und eine Hysterese-Feder erzeugt. Sind die Kraft, die durch den Fahrzeugführer auf die Pedalplatte3 ausgeübt wird, und die Rückstellkraft F, die durch die Rückstellfeder und die Hysterese-Feder erzeugt wird, im Gleichgewicht, so wird dem Fahrzeugführer insbesondere auf ebener Fahrbahn das Gefühl vermittelt, er bewegt sich mit gleichbleibender Geschwindigkeit vorwärts. - Die Kennlinie
17 ,18 ,19 der Pedalplatte3 zeigt den Verlauf der Rückstellkraft F in Abhängigkeit vom Pedalhub S. In den7a ,7b repräsentiert die hinlaufende Kennlinie17 die Geschwindigkeitserhöhung. Die anfängliche Gegenkraft beim Pedalhub S gleich Null und die Steigung der hinlaufenden Kennlinie17 sind durch die Auswahl der Rückstellfeder und der Hysterese-Feder bestimmt. Will der Fahrzeugführer die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs verringern, reduziert er die Kraft auf die Pedalplatte3 . Sobald sich die Richtung der Pedalauslenkung in Richtung abnehmendem Pedalhub S umkehrt, wird die Hysterese-Feder weggeschaltet, zum Beispiel durch Ausklinken der entsprechenden Feder. Die Rückstellkraft F, mit der die Pedalplatte3 auf den Fuß des Fahrzeugführers wirkt, wird nun um den Betrag, der durch die Hysterese-Feder erzeugt wird, reduziert. Diese Verringerung der Rückstellkraft F bei Pedalhubumkehr wird durch die sogenannten Hysteresesprung18 veranschaulicht. Die Gegenkraft der rücklaufenden Kennlinie19 wird nun einzig durch die vorhin erwähnte Rückstellfeder aufgebracht. Der Fahrzeugführer verringert bei dem Wunsch, die Geschwindigkeit zu reduzieren, die Kraft auf die Pedalplatte3 . Die durch die Rückstellfeder ausgeübte Rückstellkraft F bewirkt, dass die Pedalplatte3 in Kontakt mit dem Fuß des Fahrzeugführers bleibt. In7a ist im Bereich x der Elektromotor5 aktiviert und moduliert eine Vibration auf die Pedalplatte3 . Diese Vibration im Bereich x spürt der Fahrzeugführer an der Pedalplatte3 . - In
3 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrpedaleinheit in der Ausführung eines stehenden Fahrpedals dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist der elektromechanische Aktuator als Elektromagnet15 ausgebildet. Der Elektromagnet15 ist in einer Aufnahmevorrichtung14 auf der der Trittfläche13 gegenüberliegenden, rückseitigen Fläche16 der Pedalplatte3 angeordnet. Die Funktionsweise dieser Anordnung wird anhand von4a und4b näher erläutert: Der Elektromagnet15 betätigt einen Stößel22 . Der Stößel22 wird dadurch zur Anlage an die rückseitige Fläche16 gebracht. Da der Stößel22 durch die Betätigung des Elektromagneten15 eine gewissen Beschleunigungsenergie aufnimmt, schlägt der Stößel22 gegen die rückseitige Fläche16 . In4a ist der Stößel22 gegen die rückseitige Fläche16 angelegt, während sich der Stößel22 in4b gerade in seiner anderen maximalen Position befindet. Durch das Betätigen des Stößels22 gegen die rückseitige Fläche16 spürt der Fahrzeugführer ein Klopfen oder ein Ticken gegen seinen Fuß auf der Trittfläche13 . In7b ist dieses Klopfen graphisch dargestellt. Im Bereich y wird der Elektromagnet15 zweimal bestromt und der Stößel schlägt zweimal gegen die rückseitige Fläche16 . Dieses sogenannte Doppelticken hat sich in Fahrversuchen als sehr effizientes haptisches Informationsinstrument bewiesen. - Analog zu der in
4 dargestellten Ausführungsform, weist die in5 und6a ,6b gezeigte Ausführungsform einen Elektromagneten15 als elektromechanische Aktuator auf. Die in5 dargestellte Fahrpedaleinheit ist eine Fahrpedaleinheit vom hängenden Typus. Der Elektromagnet15 ist auf der rückseitigen Fläche16 der Pedalplatte3 angeordnet. Alternativ kann der Elektromagnet15 auch einstückig mit der Pedalplatte3 ausgebildet werden. Außerdem ist auf der rückseitigen Fläche16 ein Anschlag23 ausgebildet, der mit dem Stößel22 zusammenwirkt, wie nachfolgend noch näher ausgeführt wird: In6a ist der vom Elektromagneten15 betätigte Stößel22 ganz zurückgefahren. Wird der Elektromagnet15 angesteuert, so wird der Stößel22 beschleunigt und schlägt gegen den Anschlag23 . In6b ist die Situation gezeigt, in der der Stößel22 zur Anlage an den Anschlag23 kommt. Durch die Betätigung des Stößels22 spürt der Fahrzeugführer ein Klopfen oder Ticken an seinem Fuß, wenn sich dieser auf der Trittfläche13 der Pedalplatte3 befindet. - Die dargestellten Ausführungsformen einer Fahrpedaleinheit zeigen, wie einem Fahrzeugführer haptische Informationen effizient übermittelt werden können. Gleichzeitig zeichnen sich diese Fahrpedaleinheiten durch einen einfachen Aufbau aus und sind sehr robust.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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Claims (10)
- Fahrpedaleinheit für Kraftfahrzeuge, wobei eine durch eine entsprechende Betätigungskraft herbeigeführte Lageänderung der Pedalplatte (
3 ) gegenüber seiner Ausgangslage entgegen einer Rückstellkraft einer Rückstellfeder zu einer Erhöhung der Antriebskraft des Motors führt und bei nachlassender Betätigungskraft die Rückstellkraft der Rückstellfeder die Pedalplatte (3 ) in Richtung seiner Ausgangslage zurückbefördert, dadurch gekennzeichnet, dass ein fremdansteuerbarer elektromechanischer Aktuator (5 ,15 ) vorgesehen ist, dessen Krafterzeugung parallel zur Betätigungskraft des Fahrzeugführers wirkt und der ein Element (2 ,22 ) derart betätigt, dass für den Fahrzeugführer eine Vibration oder ein Klopfen an der Pedalplatte (3 ) spürbar ist. - Fahrpedaleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Aktuator (
5 ,15 ) an einer der Trittfläche (13 ) der Pedalplatte (3 ) gegenüberliegenden, rückseitigen Fläche (16 ) angeordnet ist. - Fahrpedaleinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Betätigung des Elements (
2 ,22 ) durch den elektromechanischen Aktuator (5 ,15 ) eine Vibration oder ein Klopfen auf die Pedalplatte (3 ) erzeugt. - Fahrpedaleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Aktuator als Elektromotor (
5 ) ausgebildet ist, der ein exzentrisches Rotationselement (2 ) betätigt. - Fahrpedaleinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (
5 ) von einer Halterung (4 ) aufgenommen wird, die sich auf der rückseitigen Fläche (16 ) der Pedalplatte (3 ) befindet, oder dass der Elektromotor (5 ) einstückig mit der rückseitigen Fläche (16 ) der Pedalplatte (3 ) ausgebildet ist, sodass die von der Betätigung des exzentrischen Rotationselements (2 ) verursachte Vibration auf die Pedalplatte (3 ) übertragen wird. - Fahrpedaleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Aktuator als Elektromagnet (
15 ) ausgebildet ist, der einen Stößel (22 ) betätigt. - Fahrpedaleinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (
22 ) gegen die rückseitige Fläche (16 ) der Pedalplatte (16 ) bewegbar ist. - Fahrpedaleinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (
22 ) gegen einen mit der rückseitigen Fläche (16 ) verbundenen Anschlag (23 ) bewegbar ist. - Fahrpedaleinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (
15 ) von einer Haltevorrichtung (14 ) aufgenommen wird, die sich auf der rückseitigen Fläche (16 ) der Pedalplatte (3 ) befindet, oder dass der Elektromagnet (15 ) einstückig mit der rückseitigen Fläche (16 ) der Pedalplatte (3 ) ausgebildet ist, sodass das von der Betätigung des Stößels (22 ) verursachte Klopfen auf die Pedalplatte (3 ) übertragen wird. - Fahrpedaleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Aktuator (
5 ,15 ) von einer Steuereinheit (9 ) ansteuerbar ist.
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