DE19916434A1

DE19916434A1 - Elektromechanisch angetriebenes schwenkbares Pedal

Info

Publication number: DE19916434A1
Application number: DE1999116434
Authority: DE
Inventors: Michael Dreer; Harald Wagner
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1999-04-12
Filing date: 1999-04-12
Publication date: 2000-10-19
Anticipated expiration: 2019-04-13
Also published as: DE19916434B4

Abstract

Bei einem über einen Elektromotor mit daran angekoppeltem mechanischen Getriebe angetriebenen, schwenkbaren Pedal zum Auslösen und Übertragen von Steuerbewegungen an Komponenten eines Kraftfahrzeugs ist die mechanische Verbindung zwischen dem Getriebe und dem Pedal (1) so ausgebildet, daß Kraft über ein Stellglied (4) nur in der Rückstellrichtung des Pedals (1) ausgeübt wird. Ferner ist ein Energie speicherndes Rückstellelement vorgesehen, welches das Pedal ohne Einwirkung des Elektromotors aus einer ausgelenkten Lage in seine Ausgangslage zurückstellt und einen fortgetzten Betrieb ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromechanisch angetriebenes, schwenkbares Pedal in der Art eines Gas-, Brems- oder Kupp lungspedals.

In den letzten Jahren ist in der Automobilindustrie ein Trend in Richtung zu elektromechanischen Systemen zu erkennen, die auch als mechatronische Systeme bezeichnet werden. So können in Zukunft wesentliche Komponenten eines Fahrzeugs, wie Len kung, Bremsen, Schaltung und Motoransteuerung, durch solche mechatronischen Komponenten ersetzt werden, um beispielsweise Systeme, wie Brake-by-Wire, Stear-by-Wire, Drive-by-Wire u. ä. zu installieren.

Da bei diesen Systemen die zur Funktion benötigten Kräfte nicht mehr vom Fahrer, sondern im allgemeinen von Elektromo toren aufgebracht werden, gewinnt die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine zunehmende Bedeutung. Beispielsweise sollte bzw. muß ein Fahrer eines Kraftfahrzeugs auch bei ei ner elektromechanischen Bremse eine Rückmeldung über die aus geübte Bremskraft erhalten. Zudem können dem Fahrer auf diese Weise auch noch weitere zusätzliche Informationen übermittelt werden.

In DE 197 23 812 C1 ist eine Getriebeeinheit beschrieben, die unter anderem dazu verwendet und eingesetzt werden kann, ein Gaspedal mit einer Kraft zu beaufschlagen, durch welche bei spielsweise der Betätigung des Pedals entgegengewirkt wird. Hierdurch kann dem Fahrer eines Kraftfahrzeugs, beispielswei se bei Passieren eines Ortsschildes, dessen Position in einem Fahrbahnleitsystem erfaßt ist, ein deutlicher Hinweis dahin gehend gegeben werden, daß seine Geschwindigkeit beim Passie ren des Ortsschildes zu hoch ist und er zweckmäßigerweise seine Geschwindigkeit verringern sollte.

Nachteilig bei der bekannten Getriebeeinheit ist, daß das von einer Antriebseinheit, im allgemeinen von einem Elektromotor ausgeübte Moment immer direkt auf das Pedal ausgeübt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Maßnahmen zu ergreifen, durch welche während des Betriebs nicht direkt ständig Kraft auf ein zu betätigendes Teil, wie ein Gas- oder Bremspedal u. ä. ausgeübt wird.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe bei einem elektromecha nisch angetriebenen schwenkbaren Pedal durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegen stand der auf den Anspruch 1 unmittelbar oder mittelbar rück bezogenen Ansprüche.

Gemäß der Erfindung ist somit ein sogenanntes aktives Pedal geschaffen, das nach der Art des Master-Slave-Prinzips arbei tet, indem gemäß der Erfindung immer nur Kraft in einer Rich tung ausgeübt wird, d. h. in der Richtung, welche der Richtung entgegengesetzt ist, in welcher ein zu betätigendes Teil, beispielsweise in Form eines Gas- oder Bremspedals betätigt wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften. Weiterbildung der Erfin dung ist in dem aus einer Antrieb-Getriebe-Einheit und einem Rückstellelement gebildeten Antriebsstrang eine Rutschkupp lung, beispielsweise in Form einer Tellerfeder angeordnet. Aufgrund dieser vorteilhaften Maßnahme gemäß der Erfindung ist es für den Fahrer eines Fahrzeugs möglich, zum einen das Pedal auch oberhalb der Dynamik des elektromechanischen An triebsstranges zu betreiben, da in diesem Fall die gegebenen falls fehlende Dynamik des Antriebsstrangs durch ein Durch rutschen der Kupplung kompensiert wird. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um einen Vorgang während eines üblichen oder gewöhnlichen Betriebs, sondern diese Maßnahme ist als eine Sicherheitsvorkehrung anzusehen.

Des weiteren kann auch bei Ausfall des elektromechanisch be triebenen Antriebsstranges das Pedal weiterhin benützt wer den. Bei einer ersten Betätigung des aus irgendeinem Grunde defekten Pedals rutscht die Rutschkupplung durch und das als Masterglied wirkende Stellglied wird in die unterste Stellung gebracht, in welcher es verbleibt. Aufgrund der in einem Energiespeicher beispielsweise in Form einer Rückstellfeder gespeicherten Energie wird das Pedal wieder in seine Aus gangsstellung zurückgebracht und kann weiterhin als ein soge nanntes passives Pedal benutzt werden. Während des passiven Betriebs braucht dann der Antriebsstrang nicht mehr betätigt zu werden, da das bisher als Masterglied verwendete Stell glied keinen Kontakt mit dem als Slave-Komponente dienenden Pedal besitzt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Prinzipdarstel lung sowie einer bevorzugten Ausführungsform im einzelnen er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Funktionsweise eines sogenannten aktiven Pedals;

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Prinzipdarstellung ei ner passiven Pedalrückstellung;

Fig. 3 eine Ausführungsform einer elektromechanischen Betä tigungsvorrichtung in explodierter Darstellung;

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung im wesentlichen des An triebsstrangs der erfindungsgemäßen Betätigungsvor richtung, und

Fig. 5 die Ausführungsform als montierte Gesamteinheit.

In den Prinzipdarstellungen der Fig. 1 und 2 ist ein Pedal 1 in einer ausgezogen wiedergegebenen ausgelenkten Lage A und einer gestrichelten wiedergegebenen Ausgangs- oder Ruhelage B dargestellt. Das Pedal 1 ist mit seinem unteren Ende in einer Lagerstelle 10 gelagert und an ihm greift ein Rückstellglied in Form beispielsweise einer schematisch angedeuteten Rück stellfeder 11 an.

In der schematischen Darstellung der Fig. 1 und 2 ist dem Pe dal 1 ein als Masterglied dienendes Stellglied 4 zugeordnet, das mittels einer schematisch wiedergegebenen Antrieb-Getrie be-Einheit 3 angetrieben wird. Hierbei gibt die Darstellung in Fig. 1 die Wirkungsweise eines sogenannten aktiven Pedals wieder, während die Darstellung in Fig. 2 einer schematischen Darstellung eines passiven Pedals entspricht, bei welcher das als Masterglied dienende Stellglied 4 in seine unwirksame La ge gebracht ist, in welcher es keinerlei Einfluß auf die Stellung des Pedals 1 ausübt.

In dieser Stellung befindet sich, wie vorstehend bereits be schrieben, das Stellglied 4 bei Ausfall der elektromotori schen Antrieb-Getriebe-Einheit nach einer ersten Betätigung des Pedals. In diesem Fall wird das Pedal 1 ausschließlich durch die Rückstellfeder 11 in die gestrichelt wiedergegebene der Ruhe- bzw. Ausgangsstellung entsprechende Lage B ge bracht.

Im Unterschied hierzu befindet sich das Stellglied 4 in Fig. 1 in der wirksamen Stellung, in welcher es an dem Pedal 1 an liegt. Von der Antrieb-Getriebe-Einheit 3 wird dann ein Mo ment auf das Pedal 1 in einer durch den Pfeil in Fig. 1 ange deuteten Richtung ausgeübt. Diese Richtung entspricht der von der Rückstellfeder 11 ausgeübten Rückstellrichtung.

Aufgrund der Tatsache, daß durch das als Masterglied dienende Stellglied 4 nur Kräfte in der Rückstellrichtung der Rück stellfeder 11, d. h. in Richtung des das Pedal 1 betätigenden Fahrers übertragen werden bzw. überhaupt nur übertragen wer den können, ist hinsichtlich der Sicherheitsanforderungen ei ne deutliche Verbesserung beispielsweise gegenüber der in der Einleitung beschriebenen Getriebeeinheit erreicht.

Wie bereits ausgeführt, wird das Pedal auch beispielsweise bei einer den Ausfall des Elektromotors zur Folge habenden Störung aus der ausgelenkten (ausgezogen wiedergegebenen) La ge A in die gestrichelt wiedergegebene Ausgangs- oder Ruhepo sition zurückgestellt, die in Fig. 1 als Lage B bezeichnet ist.

Das bedeutet, auch bei Ausfall des Elektromotors bleibt das Pedal nicht in der als Lage A bezeichneten ausgelenkten Posi tion; vielmehr hat der Fahrer auch im Falle eines Aktuator ausfalls weiterhin die Möglichkeit, das Pedal entgegen der Rückstellkraft der Feder 11 zu betätigen, so daß immer ein sicherer Betrieb des Fahrzeugs gewährleistet ist. Allerdings entfällt bei Ausfall des Elektromotors jedwede Kraftrückkopp lung und es werden auch keine Informationen übertragen.

Anhand von Fig. 3 und 4 wird nunmehr eine bevorzugte Ausfüh rungsform beschrieben. In Fig. 3 ist das Pedal 1 im Fußpunkt 10 beispielsweise mittels eines nicht näher dargestellten Filmscharniers schwenkbar gelagert. An dem in Fig. 3 oberen Ende des Pedals ist über einen Achsstummel 20 ein Übertra gungsteil 2 vorgesehen, an dessen in Fig. 3 oberen Ende ein Aufnahmeteil 21 vorgesehen ist. Über das Aufnahmeteil 21 des Übertragungsteils 2 ist das Pedal 1 mit einem zur Positi onserfassung notwendigen, in Fig. 3 nicht näher dargestellten Positionssensor, sowie mit einem in Fig. 3 nicht dargestellten Energiespeicher beispielsweise in Form einer Rückstellfeder 4(s. Fig. 1 und 2) verbunden.

Wie bereits ausgeführt wird das Pedal 1 im sogenannten passi ven Betrieb durch eine in Fig. 3 und 4 nicht dargestellte Rückstellfeder in seine in Fig. 1 und 2 gestrichelt wiederge gebene Ausgangs- oder Ruhestellung zurückgebracht. Somit stellt das Pedal 1 in Verbindung mit dem Übertragungsteil 2, dem Positionssensor und dem nicht dargestellten Energiespei cher eine voll funktionsfähige passive Einheit dar.

Dem Positionssensor ist eine vorzugsweise aus einem Elektro motor 31 und einem Getriebe 34 gebildete Antrieb-Getriebe-Ein heit 3 zugeordnet. Von dem in Fig. 3 und 4 rechten Ende des Getriebes 34 steht eine erste Teilwelle 32 vor, von deren freien Ende eine Zahnriemenscheibe 60 eines in seiner Gesamt heit mit 6 bezeichneten Zahnriemenantriebs befestigt ist. Ei ne zweite Teilwelle 33 erstreckt sich nach links durch den Aufnahmeteil 21 des Übertragungsteils 2 und ist in einer Hal terung 7 aufgenommen, während das andere Ende in einer Halte rung 63 des Zahnriemenantriebs 6 aufgenommen ist. Im Anschluß an die Halterung 63 ist mit der zweiten Teilwelle 33 ein Stellglied 4 verbunden, das mit einer weiteren Zahnriemen scheibe 61 eine Einheit bildet. Am freien Ende des Stell glieds 4 ist eine U-förmige Aufnahme 40 ausgebildet.

In der explodierten Darstellung der Fig. 3 und 4 ist dem Stellglied 4 eine in ihrer Gesamtheit mit 5 bezeichnete Rutschkupplung zugeordnet, die vorzugsweise in Form einer im Aufbau und Wirkungsweise bekannten Tellerfeder ausgeführt ist. Zwischen den beiden Riemenscheiben ist ein Zahnriemen 62 vorgesehen. Die in Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführungsform mit zwei untereinander angeordneten Teilwellen 32 und 33 ist dann vorteilhaft, wenn aus Platzgründen ein durchgehender An triebsstrang nicht untergebracht werden kann. Ferner ist vor zugsweise in dem Antriebsstrang auch noch ein Kraft- oder Mo mentensensor vorzusehen.

In Fig. 5 ist die in Fig. 3 und 4 in explodierter Darstellung wiedergegebene Ausführungsform als eine montierte Gesamtein heit dargestellt.

Wenn die anhand der Fig. 3 bis 5 beschriebene Ausführungsform einer elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung beispiels weise als Bremsvorrichtung eingesetzt wird, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das freie Ende des Stellglieds 4 fest mit dem Übergangsteil zu verbinden.

Bezugszeichenliste

1

Pedal

10

Lagerstelle von

1

11

Rückstellfeder

2

Übertragungsteil

20

Achsstummel

21

Aufnahmeteil

3

Antrieb-Getriebe-Einheit

31

Elektromotor

32

Erste Teilwelle

33

Zweite Teilwelle

34

Getriebe

4

Stellglied

40

U-förmige Aufnahme von

4

5

Rutschkupplung

6

Zahnriemenantrieb

60

Zahnriemenscheibe

61

Zahnriemenscheibe

62

Zahnriemen

7

Halterung

Claims

1. Über einen geregelten bzw. gesteuerten Elektromotor mit daran angekoppeltem mechanischen Getriebe angetriebenes, schwenkbares Pedal zum Auslösen und Übertragen von Steuerbe wegungen an Komponenten eines Kraftfahrzeugs oder derglei chen, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verbindung zwischen dem Getriebe (34) und dem Pedal (1) so ausgebildet ist, daß Kraft über ein Stellglied (4) nur in der Rückstell richtung des Pedals (1) ausgeübt wird, und daß ein Energie speicherndes Rückstellelement vorgesehen ist, welches das Pedal ohne Einwirkung des Elektromotors aus einer ausgelenkten Lage in seine Ausgangslage zurückstellt und ei nen fortgesetzten Betrieb ermöglicht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende des Stellglieds (4) eine U-förmige Aufnahme (40) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Getriebe (34) eine Rutschkupplung (5) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutschkupplung (5) als Tellerfeder ausgeführt ist.