DE19738183A1 - Actuator for power control e.g. of throttle, brakes or clutch, of road vehicle - Google Patents

Actuator for power control e.g. of throttle, brakes or clutch, of road vehicle

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DE19738183A1
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Dieter Voigt
Katrin Grumme
Frank Dr Metzner
Peter Hanke
Ralf Van Juechems
Frank Jungrichter
Katrin Ziesenis
Werner Seel
Norbert Jaehn
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    • 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
    • G05G1/38—Controlling members actuated by foot comprising means to continuously detect pedal position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D11/00—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated
    • F02D11/02—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by hand, foot, or like operator controlled initiation means

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  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
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Abstract

The power control of a road vehicle has a foot pedal 6 that is coupled to the engine throttle 2. The pedal has a force sensor that generates a signal transmitted over a control line 5 to a controller 4 that outputs the command to an actuator 8. If a defined threshold is exceeded an indicator light 9 is activated .The input may also be generated by hand pressure applied to a unit fixed to the steering wheel.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bedienen eines Leistungssteuer- oder Stellelementes eines Kraftfahrzeuges durch einen Fahrzeugführer mit einem im Bedienbereich des Fahrzeugführers angeordneten im wesentlichen flächenförmigen Bedienelement.The invention relates to a device for operating a power control or Control element of a motor vehicle by a vehicle driver with a Operating area of the vehicle driver arranged essentially flat Control element.

Unter solchen vom Fahrzeugführer betätigbaren Leistungssteuer oder Stellelementen werden im Kraftfahrzeug die Bremse, die Drosselklappe und die Kupplung verstanden. Eine Vorrichtung zum Bedienen derartiger Leistungssteuer- oder Stellelemente ist z. B. aus der deutschen Patentschrift DE 44 07 005 bekannt.Among such power control or actuating elements that can be actuated by the vehicle driver are understood in the motor vehicle, the brake, the throttle valve and the clutch. A Device for operating such power control or actuating elements is such. B. from the German patent DE 44 07 005 known.

Weitere Vorschläge sind z. B: aus den europäischen Patentanmeldungen EP 555 892 und EP 398 793 und der europäischen Patentschrift EP 401 288 bekannt.Other suggestions are e.g. B: from European patent applications EP 555 892 and EP 398 793 and the European patent EP 401 288 are known.

Allen Vorschlägen liegt eine Pedaleinrichtung zugrunde, wobei die Pedalbewegung über einen Kraftsensor oder Drehsensor in ein elektrisches Signal umgewandelt wird und darüber die Drosselklappe gesteuert wird. Nachteilig bei allen Vorschlägen ist, daß eine verhältnismäßig aufwendige Mechanik zum Umformen des Pedalweges in ein elektrisches Signal bzw. zum Aufbringen der Rückstellkräfte erforderlich ist. Des weiteren muß ein bestimmter Raumbedarf für die Mechanik um die Drehbewegung der Pedaleinrichtung zur Erzeugung des Steuersignals vorgesehen werden.All suggestions are based on a pedal device, the pedal movement over a force sensor or rotation sensor is converted into an electrical signal and above the throttle valve is controlled. A disadvantage of all proposals is that a Relatively complex mechanics for reshaping the pedal travel into an electric one Signal or to apply the restoring forces is required. Furthermore, a must certain space required for the mechanics around the rotary movement of the pedal device Generation of the control signal can be provided.

Ferner besteht die Gefahr, daß Gegenstände wie z. B. Flaschen in den Fußraum des Fahrers gelangen, die hinter die Pedaleinrichtung rollen oder rutschen können und damit eine Betätigung der Pedaleinrichtung verhindern, und damit insbesondere wenn es sich um das Bremspedal handelt, eine Gefahrensituation verursachen können. There is also a risk that objects such. B. bottles in the footwell of the Riders who can roll or slip behind the pedal device and thus prevent actuation of the pedal device, and in particular if it is the brake pedal acts, can cause a dangerous situation.  

Weiterhin sind solche Pedaleinrichtungen nur zu einer Fußbetätigung geeignet. Eine Betätigung einer derartigen Pedaleinrichtung mit den Händen des Fahrzeugführers ist schon deshalb nicht möglich, da hierzu der Fahrzeugführer z. B. bei gleichzeitiger Betätigung von Bremse und Kupplung beide Hände vom Lenkrad lösen müßte auch wenn die Pedaleinrichtungen in Reichweite der Hände angeordnet wären.Furthermore, such pedal devices are only suitable for foot operation. A Actuation of such a pedal device with the hands of the driver already not possible because the driver z. B. with simultaneous Actuation of the brake and clutch should release both hands from the steering wheel even if the pedal devices would be located within easy reach of the hands.

Wird das Fahrzeug z. B. von einer körperlich behinderten Person geführt, so ist ein erheblicher Umbauaufwand erforderlich um der Person die Bedienung aller Pedaleinrichtungen zu ermöglichen.If the vehicle z. B. led by a physically disabled person, is a considerable conversion effort required to operate all of the person To enable pedal devices.

Aufgabe der Erfindung ist es nun eine einfache Vorrichtung zum Bedienen der Leistungssteuer- oder Stellelemente ohne aufwendige Mechanik und mit geringem Raum bedarf zu finden. Außerdem soll die Vorrichtung auch für eine Handbetätigung geeignet sein.The object of the invention is now a simple device for operating the Power control or adjusting elements without complex mechanics and with little Space needs to be found. In addition, the device is also intended for manual operation be suitable.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.The object is achieved by the features of patent claim 1.

Es wird vorgeschlagen in dem Bedienelement zum Bedienen eines Leistungssteuer- oder Stellelementes einen Kraftaufnehmer vorzusehen, der in Abhängigkeit von einer auf das Bedienelement einwirkenden Kraft ein elektrisches Steuer- bzw. Stellsignal bildet.It is proposed in the control element for operating a power control or Actuating element to provide a force transducer that depends on one on the Control element acting force forms an electrical control or actuating signal.

Geeignete Kraftaufnehmer sind z. B: piezoelektrische, magnetoelastische, induktive oder Dehnungsmeßstreifen (DMS)-Kraftaufnehmer.Suitable force transducers are e.g. B: piezoelectric, magnetoelastic, inductive or Strain Gauges (DMS) force transducers.

Solche Kraftaufnehmer liefern ein elektrisches Signal mit einer hohen Genauigkeit für einen sehr großen Meßbereich. Induktive Kraftaufnehmer können z. B. für Nennkräfte zwischen 10 mN bis zu 1 MN hergestellt werden. Es kann somit ein derartiger Kraftaufnehmer für die von dem Fahrzeugführer mit dem Fuß oder den Händen ausübbare Kraft derart ausgelegt werden, daß der Kraftaufnehmer die auf ihn einwirkende Kraft, mit einer ausreichenden Genauigkeit in elektrische Signale umwandelt, mit der z. B: die Stellung der Drosselklappe, d. h. die Leistung, gesteuert werden kann. Such force transducers provide an electrical signal with high accuracy for one very large measuring range. Inductive force transducers can e.g. B. for nominal forces between 10 mN up to 1 MN can be produced. Such a force transducer can therefore be used for the force so exerted by the vehicle driver with the foot or hands be that the force transducer the force acting on it, with a sufficient Accuracy converts into electrical signals with the z. B: the position of the throttle valve, d. H. the performance that can be controlled.  

Die Wegverschiebung im Kraftaufnehmer zur Messung der Kräfte liegt im Bereich von wenigen µm (bei piezoelektrischen Kraftaufnehmern) bis zu mehreren zehntel mm bei DMS-Kraftaufnehmern.The displacement in the force transducer for measuring the forces is in the range of a few µm (with piezoelectric force transducers) up to several tenths of a millimeter Strain gauge force transducers.

Es ist daher für den Fahrzeugführer schwer erkennbar, ob eine weitere Krafterhöhung auf das Bedienelement zu einer Erhöhung der Bremskraft oder der Fahrgeschwindigkeit führt. Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, Signaleinrichtung wie z. B. Leuchten zum Anzeigen von Extremstellungen der Leistungssteuer- oder Stellelemente wie "Vollgas" oder "Kupplung ganz geöffnet" vorzusehen.It is therefore difficult for the driver to see whether a further increase in the force is on the control element leads to an increase in braking force or driving speed. According to the invention, it is now proposed to use signaling devices such. B. lights for Display of extreme positions of the power control or control elements such as "full throttle" or To provide "clutch fully open".

Das Bedienelement mit dem darin angeordneten Kraftaufnehmer kann z. B. an der Karosserieinnenseite im Fußbereich des Fahrzeugführers angeordnet werden.The control element with the force transducer arranged therein can, for. B. at the Body inside be arranged in the foot area of the driver.

Die bisher notwendige und verhältnismäßig teuere Pedalmechanik kann entfallen, da das elektrische Steuersignal allein durch die Krafteinwirkung auf das Bedienelement erzeugt wird.The previously necessary and relatively expensive pedal mechanics can be omitted because that electrical control signal generated solely by the force acting on the control element becomes.

Gelangen Gegenstände in den Fußraum, so ist die Blockade des Bedienelementes sicher verhindert, da das Bedienelement direkt an der Karosserie angeordnet ist und ein Einklemmen des Gegenstandes wie bei einer bisher bekannten Pedaleinrichtung zwischen Pedal und Karosserie nicht möglich ist.If objects get into the footwell, the control element is blocked prevents since the control element is arranged directly on the body and a Pinching the object between as in a previously known pedal device Pedal and body is not possible.

Weiterhin ist der Raumbedarf des vorgeschlagenen Bedienelementes erheblich geringer als der einer bisher bekannten Pedaleinrichtung und wirkt sich somit im Sinne einer optimalen Raumausnutzung des Fahrzeuginnenraumes günstig aus. Mit der Erfindung wird es ermöglicht die Abmaße der Karosserie bei gleichbleibender Bewegungsfreiheit des Fahrzeugführers und Motorraumabmaßen weiter zu reduzieren.Furthermore, the space requirement of the proposed control element is considerably less than of a previously known pedal device and thus works in the sense of an optimal Space utilization of the vehicle interior cheap. With the invention it will enables the dimensions of the body with the same freedom of movement To further reduce the driver and engine compartment dimensions.

Alternativ kann das Bedienelement auch in das Lenkrad integriert werden. Die Betätigung des Bedienelementes würde dann mit den Händen erfolgen, ohne daß hierzu das Lenkrad losgelassen werden müßte. Wird das Fahrzug z. B. von einer behinderten Person geführt, so kann das Bedienelement individuell an die Bewegungsmöglichkeiten der behinderten Personen angepaßt angeordnet werden. Eine aufwendige Mechanik, die es einer behinderten Person ermöglicht eine bisher bekannte Pedaleinrichtung zu bedienen, ist damit nicht erforderlich.Alternatively, the control element can also be integrated into the steering wheel. The actuation the control element would then be done with the hands without the steering wheel should be released. If the vehicle z. B. run by a disabled person, So the control element can be individually adapted to the movement possibilities of the disabled People can be arranged adapted. A complex mechanism that one  disabled person enables a previously known pedal device to operate so not necessary.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment.

Die Zeichnung zeigt:
Anordnung eines Bedienelementes mit Kraftaufnehmer zur Leistungssteuerung eines Kraftfahrzeuges.The drawing shows:
Arrangement of an operating element with a force transducer for power control of a motor vehicle.

In der Figur ist eine Anordnung eines Bedienelementes 1 mit darin angeordnetem Kraftaufnehmer 6 zur Leistungssteuerung eines Kraftfahrzeuges zu erkennen. Unter dem Begriff Leistungssteuer- oder Stellelemente werden hier die Kupplung als Leistungsstellelement sowie die Bremse und die Drosselklappe als Leistungssteuerelemente verstanden. In der Figur ist beispielhaft die Steuerung der Drosselklappe 2 dargestellt. Das Bedienelement 1 mit dem darin angeordneten Kraftaufnehmer 6 ist an dem Karosserieteil 7 im Fußbereich des Fahrzeugführers angeordnet. Für eine Handbetätigung müßte das Bedienelement natürlich in Reichweite der Hände vorzugsweise ein Lenkrad angeordnet sein. Übt der Fahrzeugführer mit dem Fuß eine Kraft F1 auf das Bedienelement 1 mit dem darin angeordneten Kraftaufnehmer 6 aus, so wird in dem Kraftaufnehmer 6 ein elektrisches Signal erzeugt, das über die Signalleitungen 5 dem Stellglied 8 der Drosselklappe 2 direkt zugeleitet wird. Selbstverständlich ist es auch möglich das Signal zuerst einer Verarbeitungseinrichtung 4 zuzuleiten, in der das elektrische Signal in ein für das Stellglied 8 geeignete Stellgröße umgewandelt wird. Weiterhin könnte die Vorarbeitungseinrichtung 4 durch eine Bedämpfung des elektrischen Signals des Kraftaufnehmers 6 vornehmen, was zum Beispiel beim Befahren von Schlechtwegstrecken und resultierender, schwellender Krafteinleitung am Kraftaufnehmer 6 von Vorteil für die Drosselklappe 2 wäre.The figure shows an arrangement of an operating element 1 with a force transducer 6 arranged therein for power control of a motor vehicle. The term power control or adjusting elements is understood here to mean the clutch as a power adjusting element and the brake and the throttle valve as power control elements. In the figure, the control of the throttle valve 2 is shown as an example. The control element 1 with the force transducer 6 arranged therein is arranged on the body part 7 in the foot region of the vehicle driver. For manual operation, the control element would of course preferably be arranged within the reach of the hands, preferably a steering wheel. If the driver exerts a force F1 with the foot on the control element 1 with the force transducer 6 arranged therein, an electrical signal is generated in the force transducer 6 , which is fed directly to the actuator 8 of the throttle valve 2 via the signal lines 5 . Of course, it is also possible to first send the signal to a processing device 4 , in which the electrical signal is converted into a manipulated variable suitable for the actuator 8 . Furthermore, the preprocessing device 4 could carry out by damping the electrical signal of the force transducer 6 , which would be advantageous for the throttle valve 2 , for example, when driving on rough roads and the resulting, swelling force application at the force transducer 6 .

Gleichzeitig wird das elektrische Signal einer Signalleuchte 9 direkt oder über die Verarbeitungseinrichtung 4 zugeleitet, die bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes des elektrischen Signals aufleuchtet und damit die Extremstellung des Leistungssteuerelementes in diesem Fall die Extremstellung der Drosselklappe 2, d. h. "Vollgas", anzeigt. Dem Fahrzeugführer wird durch Aufleuchten der Signalleuchten 9 angezeigt daß eine weitere Erhöhung der Krafteinwirkung auf das Bedienelement 1 nicht zu einer Erhöhung der Leistung führt.At the same time, the electrical signal is fed to a signal lamp 9 directly or via the processing device 4 , which lights up when a predetermined limit value of the electrical signal is exceeded and thus the extreme position of the power control element in this case indicates the extreme position of the throttle valve 2 , ie "full throttle". By lighting up the signal lights 9, the driver is informed that a further increase in the force acting on the control element 1 does not lead to an increase in the power.

Durch die Veränderung der Stellung der Drosselklappe 2, wird dann in bekannter Art und Weise die Leistungsabgabe des Motors 3 gesteuert.By changing the position of the throttle valve 2 , the power output of the engine 3 is then controlled in a known manner.

BezugszeichenlisteReference list

1 Bedienelement
2 Drosselklappe
3 Motor
4 Verarbeitungseinrichtung
5 Signalleitung
6 Kraftaufnehmer
7 Karosserieteil
8 Stellglied
9 Signalleuchte
F1 Kraft 1 control element
2 throttle valve
3 engine
4 processing device
5 signal line
6 load cells
7 body part
8 actuator
9 signal light
F1 force

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Bedienen eines Leistungssteuer- oder Stellelementes eines Kraftfahrzeuges durch einen Fahrzeugführer mit einem im Bedienbereich des Fahrzeugführers angeordneten im wesentlichen flächenförmigen Bedienelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedienelement einen Kraftaufnehmer aufweist, der ein elektrisches Steuersignal bzw. Stellsignal in Abhängigkeit von einer auf das Bedienelement einwirkenden Kraft bildet, mit dem das Leistungssteuer- oder Stellelement steuer- bzw. stellbar ist.1. Device for operating a power control or actuating element of a motor vehicle by a vehicle driver with a substantially flat control element arranged in the operating area of the vehicle driver, characterized in that the control element has a force transducer which has an electrical control signal or control signal depending on one of the Operating element forms force with which the power control or actuating element can be controlled or adjusted. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Steuersignal bzw. Stellsignal ohne Ausführen einer Bewegung des Bedienelementes bildbar ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the electrical Control signal or control signal without executing a movement of the control element is imaginable. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftaufnehmer ein piezoelektrischer, magnetoelastischer, induktiver oder Dehnungsmeßstreifen-Kraftaufnehmer ist.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the force transducer a piezoelectric, magnetoelastic, inductive or Strain gauge force transducer. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedienelement im Fußbereich des Fahrzeugführers angeordnet ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Control element is arranged in the foot area of the driver. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fahrzeugführer erkennbare Signaleinrichtungen vorgesehen sind, die bei Vorliegen eines einen vorgegebenen Grenzwert überschreitenden Steuer- oder Stellsignals betätigbar und dadurch die Extremstellungen der Leistungssteuer- oder Stellelemente anzeigbar sind. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that for the Vehicle drivers recognizable signal devices are provided, which are present a control or actuating signal exceeding a predetermined limit value operable and thereby the extreme positions of the power control or adjusting elements can be displayed.   6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verarbeitungseinrichtung eine Bedämpfung des elektrischen Steuersignals vornimmt.6. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that a Processing device dampens the electrical control signal.
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