DE19916434B4

DE19916434B4 - Elektromechanisch angetriebenes schwenkbares Pedal

Info

Publication number: DE19916434B4
Application number: DE1999116434
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Dreer; Harald Dipl.-Ing. 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: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2019-04-13
Also published as: DE19916434A1

Abstract

Über einen Elektromotor mit angekoppeltem mechanischem Getriebe angetriebenes, schwenkbares Pedal zum Auslösen und Übertragen von Steuerbewegungen an Komponenten eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen, wobei zwischen Getriebe und Pedal eine solche mechanische Verbindung vorgesehen ist, daß Kraft über ein Stellglied nur in der Rückstellrichtung des Pedals ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Getriebe (34) eine Rutschkupplung (5) zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein über einen Elektromotor mit angekoppeltem mechanischem Getriebe angetriebenes, schwenkbares Pedal in der Art eines Gas-, Brems- oder Kupplungspedals nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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 Lenkung, 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 Elektromotoren aufgebracht werden, gewinnt die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine zunehmende Bedeutung. Beispielsweise sollte bzw. muß ein Fahrer eines Kraftfahrzeugs auch bei einer elektromechanischen Bremse eine Rückmeldung über die ausgeübte 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 beispielsweise der Betätigung des Pedals entgegengewirkt wird. Hierdurch kann dem Fahrer eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise bei Passieren eines Ortsschildes, dessen Position in einem Fahrbahnleitsystem erfaßt ist, ein deutlicher Hinweis dahin gehend gegeben werden, daß seine Geschwindigkeit beim Passieren des Ortsschildes zu hoch ist und er zweckmäßigerweise seine Geschwindigkeit verringern sollte.

Aus DE 692 09 660 T2 ist ein Pedal bekannt, welches über eine Rückholsteuerung mittels eines Sensormotors verfügt. Der Sensormotor umfasst einen Elektromotor und ein Reduzierorgan in Form einer Endlosschraube als angekoppeltes mechanisches Getriebe und treibt das Pedal über ein Seil und einen Zwischenhebel an. Pedal und Hebel sind voneinander unabhängig, so dass durch Einwirken des Hebels das Pedal nur in die Position der Nullkraft des Motors angehoben werden kann. Somit kann der Zwischenhebel als Stellglied eine Kraft nur in die Rückstellrichtung des Pedals ausüben. Bei einer aus derselben Druckschrift bekannten Ausführungsvariante ist ein Pedalarm mit einer elastischen Verbindung versehen, welche durch ein Gelenk und eine Feder gebildet ist. Damit kann das Pedal eine Begrenzung der Pedalauslenkung überschreiten und einen höheren Regelimpuls auf die Motorsteuerung erwirken.

Nachteilig bei dem Stand der Technik 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, eine Maßnahme vorzusehen, um ein Fahrzeug mit einem elektromechanisch angetriebenen, schwenkbaren Pedal auch oberhalb der Dynamik des elektromechanischen Antriebs mit angekoppeltem Getriebe zu betreiben.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe bei einem elektromechanisch angetriebenen schwenkbaren Pedal nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass einem Getriebe eine Rutschkupplung zugeordnet ist. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Rutschkupplung als Tellerfeder ausgeführt.

Gemäß der Erfindung ist somit ein sogenanntes aktives Pedal geschaffen, das nach der Art des Master-Slave-Prinzips arbeitet, indem gemäß der Erfindung immer nur Kraft in einer Richtung 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.

Aufgrund der vorteilhaften Maßnahme gemäß der Erfindung die einem Getriebe zugeordnete Rutschkupplung als Tellerfeder auszuführen, ist es für den Fahrer eines Fahrzeugs möglich, zum einen das Pedal auch oberhalb der Dynamik des elektromechanischen Antriebsstranges zu betreiben, da in diesem Fall die gegebenenfalls fehlende Dynamik des Antriebsstrangs durch ein Durchrutschen 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 betriebenen Antriebsstranges im Unterschied zu der aus DE 692 09 660 T2 bekannten Lösung das Pedal weiterhin benützt werden. 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 Ausgangsstellung zurückgebracht und kann weiterhin als ein sogenanntes passives Pedal benutzt werden. Während des passiven Betriebs braucht dann der Antriebsstrang nicht mehr betätigt zu werden, da das bisher als Masterglied verwendete Stellglied keinen Kontakt mit dem als Slave-Komponente dienenden Pedal besitzt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Prinzipdarstellung sowie einer bevorzugten Ausführungsform im einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer Funktionsweise eines sogenannten aktiven Pedals;
2 eine der 1 entsprechende Prinzipdarstellung einer passiven Pedalrückstellung;
3 eine Ausführungsform einer elektromechanischen Betätigungsvorrichtung in explodierter Darstellung;
4 eine vergrößerte Darstellung im wesentlichen des Antriebsstrangs der erfindungsgemäßen Betätigungsvor richtung, und
5 die Ausführungsform als montierte Gesamteinheit.
In den Prinzipdarstellungen der 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 Rückstellfeder 11 an.
In der schematischen Darstellung der 1 und 2 ist dem Pedal 1 ein als Masterglied dienendes Stellglied 4 zugeordnet, das mittels einer schematisch wiedergegebenen Antrieb-Getriebe-Einheit 3 angetrieben wird. Hierbei gibt die Darstellung in 1 die Wirkungsweise eines sogenannten aktiven Pedals wieder, während die Darstellung in 2 einer schematischen Darstellung eines passiven Pedals entspricht, bei welcher das als Masterglied dienende Stellglied 4 in seine unwirksame Lage gebracht ist, in welcher es keinerlei Einfluß auf die Stellung des Pedals 1 ausübt.
In dieser Stellung befindet sich, wie vorstehend bereits beschrieben, das Stellglied 4 bei Ausfall der elektromotorischen 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 gebracht.
Im Unterschied hierzu befindet sich das Stellglied 4 in 1 in der wirksamen Stellung, in welcher es an dem Pedal 1 anliegt. Von der Antrieb-Getriebe-Einheit 3 wird dann ein Moment auf das Pedal 1 in einer durch den Pfeil in 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 Rückstellfeder 11, d.h. in Richtung des das Pedal 1 betätigenden Fahrers übertragen werden bzw. überhaupt nur übertragen werden können, ist hinsichtlich der Sicherheitsanforderungen eine 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) Lage A in die gestrichelt wiedergegebene Ausgangs- oder Ruheposition zurückgestellt, die in 1 als Lage B bezeichnet ist.
Das bedeutet, auch bei Ausfall des Elektromotors bleibt das Pedal nicht in der als Lage A bezeichneten ausgelenkten Position; vielmehr hat der Fahrer auch im Falle eines Aktuatorausfalls 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 Kraftrückkopplung und es werden auch keine Informationen übertragen.
Anhand von 3 und 4 wird nunmehr eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. In 3 ist das Pedal 1 im Fußpunkt 10 beispielsweise mittels eines nicht näher dargestellten Filmscharniers schwenkbar gelagert. An dem in 3 oberen Ende des Pedals ist über einen Achsstummel 20 ein Übertragungsteil 2 vorgesehen, an dessen in 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 3 nicht näher dargestellten Positionssensor, sowie mit einem in 3 nicht dargestellten Energiespeicher beispielsweise in Form einer Rückstellfeder 11 (s. 1 und 2) verbunden.
Wie bereits ausgeführt wird das Pedal 1 im sogenannten passiven Betrieb durch eine in 3 und 4 nicht dargestellte Rückstellfeder in seine in 1 und 2 gestrichelt wiedergegebene Ausgangs- oder Ruhestellung zurückgebracht. Somit stellt das Pedal 1 in Verbindung mit dem Übertragungsteil 2, dem Positionssensor und dem nicht dargestellten Energiespeicher eine voll funktionsfähige passive Einheit dar.
Dem Positionssensor ist eine vorzugsweise aus einem Elektromotor 31 und einem Getriebe 34 gebildete Antrieb-Getriebe-Einheit 3 zugeordnet. Von dem in 3 und 4 rechten Ende des Getriebes 34 steht eine erste Teilwelle 32 vor, an deren freien Ende eine Zahnriemenscheibe 60 eines in seiner Gesamtheit mit 6 bezeichneten Zahnriemenantriebs befestigt ist. Eine zweite Teilwelle 33 erstreckt sich nach links durch den Aufnahmeteil 21 des Übertragungsteils 2 und ist in einer Halterung 7 aufgenommen, während das andere Ende in einer Halterung des Zahnriemenantriebs 6 aufgenommen ist. Im Anschluß an die Halterung ist mit der zweiten Teilwelle 33 ein Stellglied 4 verbunden, das mit einer weiteren Zahnriemenscheibe 61 eine Einheit bildet. Am freien Ende des Stellglieds 4 ist eine U-förmige Aufnahme 40 ausgebildet.
In der explodierten Darstellung der 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 3 und 4 dargestellte Ausführungsform mit zwei untereinander angeordneten Teilwellen 32 und 33 ist dann vorteilhaft, wenn aus Platzgründen ein durchgehender Antriebsstrang nicht untergebracht werden kann. Ferner ist vorzugsweise in dem Antriebsstrang auch noch ein Kraft- oder Momentensensor vorzusehen.
In 5 ist die in 3 und 4 in explodierter Darstellung wiedergegebene Ausführungsform als eine montierte Gesamteinheit dargestellt.

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

Über einen Elektromotor mit angekoppeltem mechanischem Getriebe angetriebenes, schwenkbares Pedal zum Auslösen und Übertragen von Steuerbewegungen an Komponenten eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen, wobei zwischen Getriebe und Pedal eine solche mechanische Verbindung vorgesehen ist, daß Kraft über ein Stellglied nur in der Rückstellrichtung des Pedals ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Getriebe (34) eine Rutschkupplung (5) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutschkupplung (5) als Tellerfeder ausgeführt ist.