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    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft eine Pedaleinheit, eine Pedalbaugruppe und ein Kraftfahrzeug. An einem Grundelement ist ein Pedalelement zwischen einer Leerlaufstellung mit geringer Auslenkung und einer Vollgasstellung mit maximaler Auslenkung bewegbar. Eine Krafteinheit mit einem Stator und einem Bewegungselement ist vorgesehen. Eine Übersetzungsvorrichtung ist zwischen dem Bewegungselement und dem Pedalelement vorgesehen. Um eine besonders günstige Übertragung zwischen dem Bewegungselement und dem Pedalelement zu erreichen, wird vorgeschlagen, daß die Übersetzungsvorrichtung ein variables Übersetzungsverhältis zwischen einer Bewegung am Bewegungselement und einer Bewegung am Pedalelement aufweist. Das Übersetzungsverhältnis ist bei einer ersten, geringeren Auslenkung des Pedalelements geringer als bei einer zweiten, größeren Auslenkung des Pedalelements. DOLLAR A Gemäß einem ersten Aspekt weist die Übersetzungsvorrichtung 130, 230 ein Hebegetriebe mit mindestens einem Antriebshebel 134, 234 auf, der am Pedalelement 114, 214 im Abstand vom Drehpunkt angelenkt ist, wobei das Bewegungselement 124, 224 auf den Antriebshebel wirkt. DOLLAR A Gemäß einem zweiten Aspekt weist die Übersetzungsvorrichtung ein Bandelement 234 auf, das sich einer ersten Bandhalterung 338 am Pedalelement 314, einer zweiten Bandhalterung 336 am Grundelement 212 und einer dritten Bandhalterung 332 am Bewegungselement 324 erstreckt. Die dritte Bandhalterung weist mindestens zwei im Abstand voneinander angeordnete ...
    公开号:DE102004024763A1
    申请号:DE200410024763
    申请日:2004-05-17
    公开日:2005-12-15
    发明作者:Laurent Klopfenstein
    申请人:AB Elektronik GmbH；
    IPC主号:G05G1-38
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine Pedaleinheit, eine Pedalbaugruppe und einKraftfahrzeug.
    [0002] BekanntePedaleinheiten weisen ein Grundelement und ein gegenüber diesembewegliches Pedalelement auf. Die Betätigung des Pedalelements erfolgtdurch Verstellung in einer Betätigungsrichtung (vonder Grundstellung in Richtung der Endstellung). Es ist mindestensein Rückstellelementvorgesehen, das entgegen der Betätigungsrichtungauf das Pedalelement wirkt und dieses bei Nichtbetätigung zurückstellt.
    [0003] Essind bereits Pedaleinheiten bekannt, bei denen als zusätzlicheKrafteinheit eine Motoreinheit zur Erzeugung einer variablen, steuerbarenPedalkraft vorgesehen ist. In der DE-A-102 11 018 ist eine Pedaleinheit beschriebenmit einem Grundelement und einem gegenüber diesem bewegbaren Pedalelement.Als Krafteinheit ist eine Motoreinheit vorgesehen, deren Rotoreinheitmit dem Pedalelement und deren Statoreinheit mit dem Grundelementverbunden ist. Eine Steuereinheit steuert die Motoreinheit an. Hierbeiwird durch ein Sensorelement ein Zustand erfaßt, der von einem vorgegebenenNormalzustand abweicht (bspw. eine Überschreitung der maximal zulässigen Geschwindigkeit).Als Reaktion hierauf wird die Motoreinheit eingeschaltet, so daß eine Motorgegenkraftauf das Pedalelement wirkt. Wenn wieder der Normalzustand hergestelltist, wird die Motoreinheit ausgeschaltet. In der DE-A-102 11 018ist die Krafteinheit (Motoreinheit) direkt mit dem Grundelementund dem Pedalelement verbunden.
    [0004] Inder EP-A-1369763 ist eine weitere Pedaleinheit beschrieben, beider eine Motoreinheit mit einem Stator und einem Rotor vorgesehenist. Währenddie Statoreinheit mit dem Grundelement verbunden ist, ist die Rotoreinheitmit dem Pedalelement übereine Vorrichtung gekoppelt. Hierbei ist ein Motorzapfen der alsTorque-Motor ausgebildeten Motoreinheit über ein Zugseil mit einer Pedaldreheinheit gekoppelt,die wiederum überein Hebelelement mit dem Pedalelement gekoppelt ist. Die Stellungdes Pedalelements wird durch eine Pedal-Sensoreinheit ermittelt.Eine Steuereinheit ist mit der Motoreinheit verbunden und steuertdiese zur Erzeugung einer in speziellen Fahrsituationen benötigten Gegenkraftam Pedalelement an. Eine Kopplungseinheit zwischen Pedalelementund Motor dient dazu, bei defektem Motor das Pedalelement irreversibelvom Motor zu trennen.
    [0005] Inder WO-A-2003039899 sind eine Anzahl von Pedaleinheiten beschrieben.In einer Ausführungsformwirkt ein Motor als Krafteinheit über ein Zugseil auf eine mitdem Pedalelement verbundene Drehscheibe. Das Zugseil weist hierbeieine Zugfeder auf, mit deren Ende es am Grundelement aufgehängt ist.Ein mit dem Motor gekoppeltes Umlenkelement greift in das Seil einund lenkt dieses an zwei Umlenkpunkten in entgegengesetzter Richtungaus, so daß eszu einer Verkürzungdes Seil kommt und auf diese Weise eine Kraft auf das Pedalelement wirkt.
    [0006] Esist Aufgabe der Erfindung, eine Pedaleinheit, eine Pedalbaugruppeund ein Kraftfahrzeug mit einer Pedaleinheit oder einer Pedalbaugruppevorzuschlagen, bei denen die Übertragungder Kraft der Motoreinheit auf das Pedalelement besonders gut an dieKräfteverhältnissean einer Pedaleinheit angepaßtist.
    [0007] DieAufgabe wird gelöstdurch eine Pedaleinheit nach Anspruch 1 und eine Pedaleinheit nachAnspruch 6. Die Aufgabe wird weiter gelöst durch eine Pedalbaugruppenach Anspruch 13 und ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 14. Abhängige Ansprüche beziehensich auf vorteilhafte Ausführungsformen derErfindung.
    [0008] Beider erfindungsgemäßen Pedaleinheit nachAnspruch 1 ist eine Krafteinheit mit einem Stator und einem Bewegungselement(bevorzugt eine Motoreinheit mit einem Stator) vorgesehen, wobei derStator am Grundelement befestigt ist und das Bewegungselement gegenüber demStator beweglich (bevorzugt drehbar) ist. Das Bewegungselement ist über eine Übersetzungsvorrichtungmit dem Pedalelement gekoppelt. Unter einer Krafteinheit wird jede Einheitverstanden, bei der mittels eines Bewegungselementes eine Kraftaufgebracht werden kann. Die aufgebrachte Kraft ist bevorzugt durcheine externe Steuerung vorgebbar. Außer der bevorzugten Ausführung alsMotoreinheit, insbesondere Torque-Motor, kann die Krafteinheit auch bspw.als Federvorrichtung, Hydraulikvorrichtung oder ähnliches ausgebildet sein.
    [0009] Erfindungsgemäß ist die Übersetzungsvorrichtungso ausgebildet, daß eineKopplung mit variablem Übersetzungsverhältnis realisiertwird. Im Rahmen dieser Beschreibung wird als Übersetzungsverhältnis dasVerhältniseiner Bewegung am Rotor zu einer Bewegung am Pedalelement bezeichnet.Die Bewegung am Rotor ist hierbei bevorzugt eine Rotationsbewegung,die in einer Winkeleinheit gemessen wird. Die Bewegung am Pedalelementist bevorzugt ebenfalls eine Rotationsbewegung; beide Bewegungenkönnenaber bspw. auch lineare Bewegungen sein, die in einer Längeneinheitgemessen werden.
    [0010] Erfindungsgemäß hat das Übersetzungsverhältnis beiverschiedenen Auslenkungen des Pedalelements unterschiedliche Werte.Es ist bei einer ersten, geringeren Auslenkung geringer als beieiner zweiten, größeren Auslenkung,steigt also an mindestens einem Punkt an. Die Auslenkung des Pedalelementssei hierbei in der Weise definiert, daß bei Leerlaufstellung diegeringste und bei Vollgasstellung die maximale Auslenkung gegebenist.
    [0011] Vorteildieser Lösungist es, daß beigrößeren Auslenkungendes Pedalelements die Krafteinheit mit größerer Kraft auf das Pedalelementwirken kann. Es hat sich gezeigt, daß bei einer größeren Auslenkungdes Pedalelements im allgemeinen höhere Kräfte wirken. Es ist bereitseine erhöhteBetätigungskraftnotwendig, um das Pedalelement in eine Stellung größerer Auslenkungzu bringen. Um gegenüberder ohnehin schon erhöhtenBetätigungskrafteine fürden Fahrzeugführerdeutlich spürbare Überhöhung zuerzielen, ist daher eine größere Kraft notwendig.
    [0012] Aufgrunddes variablen Übersetzungsverhältnissesist es nicht notwendig, die Krafteinheit über den gesamten Betätigungsbereichfür diemaximal erforderliche Kraft auszulegen. Statt dessen kann bspw.ein kleinerer Motor gewähltwerden, so daß sichGröße und Gewichtebenso wie die Kosten der Vorrichtung entsprechend reduzieren. Eskann ein Motor mit einem eingeschränkten Bewegungsbereich bspw.ein Torque-Motor eingesetzt werden.
    [0013] Die Übersetzungsvorrichtungweist erfindungsgemäß ein Hebelgetriebemit mindestens einem Antriebshebel auf. Der Antriebshebel ist amPedalelement im Abstand vom Drehpunkt angelenkt. Das Bewegungselementbzw. ein am Bewegungselement befestigtes Element wirkt so auf denAntriebshebel, daß einDrehmoment auf das Pedalelement erzeugt wird. Mittels eines Hebelgetriebeskönnen beisehr kurzen Bewegungen erhebliche Kräfte aufgebracht werden. DieHebel sind auch leicht so auszugestalten, daß die für ein Pedal notwendigen hohenKräftesicher übertragenwerden können.
    [0014] Gemäß einerWeiterbildung ist bei der Übersetzungsvorrichtungmit Hebelgetriebe eine Kulissenführungvorgesehen, bei der ein Gleitelement im Kontakt mit einer Führungsfläche stehtund auf dieser gleitet. Bevorzugt kann das Gleitelement als Rollenelementausgebildet sein, das auf der Führungsfläche abrollt.Die Führungsfläche isthierbei am Rotor bzw. Bewegungselement befestigt, während dasGleitelement am Antriebshebel vorgesehen ist. So wirkt der Rotorbzw. das Bewegungselement auf den Antriebshebel und bewirkt einesolche Verstellung, daß ein Drehmomentam Pedalelement erzeugt wird.
    [0015] Gemäß eineranderen Weiterbildung des Hebelgetriebes ist ein zusätzlicherStützhebelvorgesehen, der am Grundelement angelenkt ist. Der Stützhebelist zusätzlichan dem Antriebshebel angelenkt. So kann ein Hebelgetriebe gebildetwerden, bei dem entsprechend einem Kniehebel auf geringen Wegen hoheKräfte übertragenwerden.
    [0016] Inder alternativen Lösunggemäß Anspruch 6weist die Übersetzungsvorrichtungein Bandelement zur Kopplung des Rotors bzw. Bewegungselements mitdem Pedalelement auf. Ein solches Bandelement, bspw. ein Zugseiloder Gurt dient dazu, eine Zugkraft in Längsrichtung zu übertragen.Erfindungsgemäß ist weitereine erste Bandhalterung am Rotor bzw. Bewegungselement, eine zweiteBandhalterung am Pedalelement und eine dritte Bandhalterung am Grundelementvorgesehen. Der Rotor kann überdie daran vorgesehene Bandhalterung nun so auf das Bandelement wirken,daß eineZugkraft auf das Pedalelement wirkt. Unter einer Bandhalterung wird hierbeisowohl eine Befestigung des Bandes als auch eine Umlenkung verstanden.Hierbei ist mindestens die zweite Bandhalterung so ausgebildet,daß das Bandan der Halterung umgelenkt wird, aber entlang seiner Längsrichtungrutschen kann. Hierbei kann das Bandelement nach Art eines Flaschenzugsdoppelt auf das Pedalelement wirken, so daß besonders hohe Kräfte aufgebrachtwerden können.
    [0017] Erfindungsgemäß ist amRotor bzw. Bewegungselement eine Bandhalterung vorgesehen, die mindestenszwei im Abstand voneinander angeordnete Haltepunkte aufweist. DasBandelement wird an den Haltepunkten gehalten. Bei Drehung des Rotors bzw.Bewe gungselements läßt sichso übereine Ablenkung des Bandes die verfügbare Bandlänge einstellen und auf dieseWeise eine Kraft übertragen.
    [0018] Gemäß einerWeiterbildung der Erfindung ist die Übersetzungsvorrichtung so ausgebildet,daß sie einenFreilauf derart aufweist, daß vonder Krafteinheit auf das Pedalelement nur eine Kraft entgegen derBetätigungsrichtungwirken kann. Die Betätigungsrichtungist hierbei die Richtung von der Leerlaufstellung in die Vollgasstellung.Hingegen kann keine Kraft in Betätigungsrichtungwirken. Durch den Freilauf ist so sichergestellt, daß mittelsder Krafteinheit auch bei Fehlansteuerung bzw. Blockierung kein ungewolltesGasgeben oder Niederhalten des Pedalelements erfolgen kann. DasPedalelement läßt sich unabhängig vonder Position des Bewegungselements stets in die Leerlaufstellungzurückstellen.
    [0019] Die Übersetzungsvorrichtungist bevorzugt so ausgebildet, daß das Übersetzungsverhältnis über denBetätigungsbereichstetig ist. Gemäß einer Weiterbildungsteigt das Übersetzungsverhältnis mit derAuslenkung streng monoton an, d. h. daß es bei größerer Auslenkung stets größer wird.Der Verlauf des Übersetzungsverhältnisses über dieAuslenkung kann hierbei je nach Anwendung beliebig gewählt werden,besonders bevorzugt wird aber, daß das Übersetzungsverhältnis stärker alslinear ansteigt, d. h. daß sichdie Steigung des Übersetzungsverhältnisses über denBetätigungsbereichstets vergrößert, wiebspw. bei einem exponentiellen Verlauf.
    [0020] Gemäß einerWeiterbildung ist das Pedalelement am Grundelement schwenkbar angeordnet.
    [0021] DieMotoreinheit ist bevorzugt als Torque-Motor ausgebildet, d. h. mitfeststehenden Feldspulen und einem gegenüber den Feldspulen drehbarenMagnetelement. Durch geeignete Bestromung der Feldspulen kann sehrgezielt ein hohes Drehmoment erzeugt werden.
    [0022] Gemäß einerWeiterbildung der Erfindung ist an der Pedaleinheit ein Sensor für die Ermittlungder Position des Pedalelements vorgesehen. Dies ist bevorzugt eininduktiver Positionssensor. Zusätzlich kannein weiterer Positionssensor fürdie Position des Rotors vorgesehen sein.
    [0023] Beider erfindungsgemäßen Pedalbaugruppegemäß Anspruch13 ist eine Pedaleinheit wie oben beschrieben und eine Steuereinheitzur Ansteuerung der Motoreinheit vorgesehen. Die Steuereinheit kannaußerder Ansteuerung der Motoreinheit noch weitere Steuerfunktionen innerhalbdes Kraftfahrzeugs übernehmen.Bevorzugt ist die Steuereinheit auch mit dem Sensor für die Positiondes Pedalelements gekoppelt. Die Steuereinheit steuert die Motoreinheitan, um im Pedalelement eine gewünschteGegenkraft entgegen der Betätigungzu erzeugen. Hierdurch kann einerseits eine gewünschte Kraft/Weg-Kennlinieerzeugt werden, die fürden Benutzer bei Betätigungdes Pedalelements spürbarist. Andererseits kann der Fahrzeugführer durch gezielte Gegenkräfte im Pedalelementauf bestimmte Fahrsituationen, bspw. überhöhte Geschwindigkeit oder zu dichtesAuffahren, aufmerksam gemacht werden.
    [0024] DiePedalbaugruppe gemäß Anspruch14 stellt eine separate Lösungdar. Obwohl es bevorzugt ist, ist hier nicht notwendigerweise eine Übersetzungsvorrichtungvorgesehen. Eine Steuereinheit steuert eine Krafteinheit an. Hierbeiist die Steuereinheit so ausgelegt, daß sie – bei einer vorgegebenen Auslenkung – eine für den Fahrzeugführer spürbare Kraftspitzebei der Betätigungdes Pedalelements erzeugt. Eine solche Kraftspitze ist gekennzeichnetzunächstdurch eine deutliche Erhöhungder notwendigen Betätigungskraft,und nach Überwindungdes erhöhtenWiderstands durch einen deutlichen Abfall der weiter benötigten Kraft.
    [0025] EntsprechendeKraftspitzen werden bei herkömmlichenPedaleinheiten bspw. füreine Kickdown-Funktion verwendet, wobei jeweils ein mechanischesKickdown-Element vorgesehen ist, das die Kraftspitze erzeugt. ImGegensatz hierzu ist bei der Erfindung gemäß Anspruch 14 in der Steuereinheit einWert füreine Auslenkung des Pedalelements vorgegeben, bei der eine Kraftspitzeerzeugt werden soll. Die Steuereinheit steuert die Motoreinheitso an, daß beider vorgegebenen Auslenkung eine entsprechende Gegenkraft in Formeiner Kraftspitze erzeugt wird. Die entsprechend gewünschte Kraft/Weg-Kennlinieist in der Steuereinheit hinterlegt. Die Ansteuerung der Motoreinheiterfolgt entsprechend.
    [0026] Aufein spezielles mechanisches Kickdown-Element, das auf mechanischemWege eine Kraftspitze erzeugt, kann bei dieser Ausführung verzichtetwerden.
    [0027] Dieerfindungsgemäße Pedaleinheitund die erfindungsgemäße Baugruppewerden in einem Kraftfahrzeug bevorzugt als Gaspedal eingesetzt.
    [0028] Nachfolgendwerden Ausführungsformen derErfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungenzeigen:
    [0029] 1 inschematischer Darstellung eine allgemein gezeigte Pedaleinheit miteiner Übersetzungsvorrichtung;
    [0030] 2 inDiagrammform Darstellung von verschiedenen möglichen Verläufen eines Übersetzungsverhältnissesder Übersetzungsvorrichtung aus 1 inAbhängigkeitvon der Auslenkung;
    [0031] 3 inDiagrammform Darstellung von verschiedenen Verläufen einer auf ein Pedalelement wirkendenKraft in Abhängigkeitvon der Auslenkung;
    [0032] 4a, 4b Kraft/Weg-Diagrammemit einer Kraftspitze;
    [0033] 5 inschematischer Darstellung das Funktionsprinzip einer ersten Ausführungsformmit einer Kulissenführung;
    [0034] 6 inschematischer Darstellung das Funktionsprinzip einer zweiten Ausführungsformmit einem Kniehebelgetriebe;
    [0035] 7 inschematischer Darstellung das Funktionsprinzip einer dritten Ausführungsformmit einem Bandelement;
    [0036] 8 eineperspektivische Darstellung einer Pedaleinheit mit stehendem Pedal;
    [0037] 9 eineperspektivische Darstellung einer Pedaleinheit mit hängendemPedal;
    [0038] 10 eineperspektivische Darstellung einer Pedaleinheit nach der ersten Ausführungsform;
    [0039] 11 eineperspektivische Darstellung der Übersetzungsvorrichtungbei der ersten Ausführungsform;
    [0040] 12 eineperspektivische Darstellung einer Pedaleinheit gemäß der zweitenAusführungsform;
    [0041] 13 eineperspektivische Darstellung der Übersetzungsvorrichtungder zweiten Ausführungsform;
    [0042] 14 eineperspektivische Darstellung von Elementen einer Pedaleinheit gemäß der drittenAusführungsform;
    [0043] 15 eineperspektivische Darstellung der Übersetzungsvorrichtungder dritten Ausführungsform.
    [0044] In 1 istallgemein, in schematischer Darstellung, eine Pedaleinheit 10 dargestelltmit einem Grundelement 12, hier in Form eines Gehäuses, und einemgegenüberdiesem in einem Drehpunkt 16 verschwenkbar angeordnetenPedalelement 14. Das Pedalelement 14 weist eineFußbetätigungsfläche 18 auf.Seine Auslenkung β gegenüber demGrundelement 12 bewegt sich in einem Bereich zwischen einer Leerlaufstellung(β = 0),die gestrichelt dargestellt ist, und einer Vollgasstellung (β = βmax).
    [0045] AmGrundelement 12 ist als Krafteinheit ein Motor 20 miteinem feststehenden Stator 22 und einem gegenüber diesemdrehbaren Rotor 24 angeordnet. Die Drehung des Rotors 24 (Bewegungselement)wird durch einen Verdrehwinkel α gemessen.
    [0046] Zwischendem Rotor 24 und dem Pedalelement 14 ist eine Übersetzungsvorrichtung 30 vorgesehen,die in 1 nur symbolisch gezeigt ist. Die Übersetzungsvorrichtung 30 bewirkteine mechanische Kopplung der Bewegung des Pedalelements 14 mitder Bewegung des Rotors 24. Kennzeichnend für die Übersetzungsvorrichtung 30 isthierbei ihr Übersetzungsverhältnis α, das demVerhältnisder Bewegungen am Rotor und am Pedalelement entspricht (a = α/β).
    [0047] WesentlichesMerkmale der Übersetzungsvorrichtung 30,zu der nachfolgend verschiedene Realisierungen vorgestellt werden,ist die Tatsache, daß das Übersetzungsverhältnis anicht fest, sondern von der Auslenkung β des Pedalelements 14 abhängig ist. 2 zeigtin Diagrammform zwei Kurven mit möglichen Werten des Übersetzungsverhältnissesa in Abhängigkeitvon der Auslenkung β.In beiden Fällenist der Verlauf streng monoton steigt, d. h. daß das Übersetzungsverhältnis amit größerer Auslenkung β stets ansteigt.Hierbei steigt das Übersetzungsverhältnis ain der unteren Kurve linear (durchgezogene Linie), während esin der oberen Kurve stärkerals linear steigt (gestrichelte Linie).
    [0048] Beidem bevorzugt eingesetzten Elektromotor ist ein maximales am Rotor 24 abnehmbares Drehmomentvom Betrag des Stroms I abhängig,mit dem der Motor 20 angesteuert wird.
    [0049] DerStrom I hat allerdings einen maximalen Wert Imax,der nicht überschrittenwerden soll, damit es nicht zu einer zu starken Erwärmung desMotors 20 kommt. Damit ist auch ein maximales Drehmomentam Rotor 24 festgelegt.
    [0050] Durchdas variable Übersetzungsverhältnis a der Übersetzungsvorrichtung 30 wirddieses maximale Drehmoment am Motor 20 jedoch je nach Auslenkung β des Pedals 14 inein unterschiedlich großesmaximales Drehmoment am Pedalelement 14 umgesetzt, unddamit in eine unterschiedlich große Kraft an der Fußbetätigungsfläche 18.
    [0051] ZurKlarstellung soll darauf hingewiesen werden, daß es bei der Pedaleinheit 10 nichtetwa darauf ankommt, daß Pedalelement 14 durchentsprechende Ansteuerung des Motors 24 tatsächlich zubewegen. Sondern die Bewegung des Pedalelements 14 erfolgtdurch Betätigungdes Fahrzeugführers.Vom Motor 20 wird lediglich eine der Betätigung entgegengerichteteKraft aufgebracht.
    [0052] In 3 istdie maximale durch den Motor 20 an der Fußbetätigungsfläche 18 desPedalelements 14 wirkende Kraft FMotor über dieAuslenkung β aufgetragen.Die beiden gezeigten Kurven entsprechen den Kurven aus 2.Entsprechend dem Verlauf des Übersetzungsverhältnissesa zeigt die Kraft F im Betätigungsbereichdes Pedalelements 14 einen ansteigenden Verlauf, bspw.linear (durchgezogene Linie) oder stärker als linear (gestrichelteLinie). In der Leerlaufstellung β =0 wird eine minimale, spezifizierte Kraft Fmin vonbspw. 30 N geliefert. Zum Ende des Betätigungsbereiches steigt diebei maximaler Bestromung des Motors 20 lieferbare KraftFMotor an.
    [0053] 4a zeigtin einem Diagramm beispielhaft eine Kraft/Weg-Kennlinie der Betätigung derPedaleinheit 10. Gezeigt ist der Verlauf der BetätigungskraftF in Abhängigkeitvon der Auslenkung β.Es handelt sich um einen beispielhaft gezeigten und vereinfachtdargestellten Verlauf. Angenommen ist, daß ein linear wirkendes Rückholelement,bspw. eine Feder, am Pedalelement 14 vorhanden ist (nichtdargestellt). Weiter werden Hysterese erzeugende Effekte wie Reibungund Trägheitvernachlässigt.
    [0054] Wiein 4a dargestellt, steigt die für die Betätigung des Pedalelements 14 notwendigeKraft F zunächstmit steigender Auslenkung β desPedals an. Dieser Anstieg entspricht der Charakteristik des Rückholelements;im gezeigten Beispiel in Form eines linear ansteigenden Abschnitts 32.
    [0055] Abeinem Wert β1soll die Kennlinie eine Kraftspitze 34 aufweisen, bspw.für eineKickdown-Funktion. Die Kraftspitze 34 weist zunächst einensteilen Anstieg der Kraft F auf einen relativ hohen Spitzenwertauf. Die Kraftspitze kann jedoch durch Anwendung einer erhöhten Betätigungskraft überwundenwerden, wobei sich hinter der Spitze ein starker Abfall der BetätigungskraftF ergibt. Insgesamt ist die Übertretungder Kraftspitze 34 durch den Fahrzeugführer deutlich spürbar, sodaß bspw.die Auslösungder entsprechenden Schaltfunktion vom Fahrzeugführer bewußt wahrgenommen wird.
    [0056] ImGegensatz zu herkömmlichenFahrpedalen, bei denen zur Erzeugung einer Kickdown-Funktion mechanischeKickdown-Einheiten verwendet wurden, wird die Kraftspitze 34 in 4 durch den Motor 20 erzeugt.Hierbei ist eine Steuereinheit vorgesehen (nicht dargestellt) undein am Pedalelement 14 angebrachter Drehwinkelsensor, bevorzugtein induktiver Drehwinkelsensor für den Auslenkungswert β (nicht dargestellt).In der Steuereinheit läuftein spezielles Steuerprogramm ab. Dieses überwacht zunächst denAuslenkungswert β.Liegt dieser höherals β1,so steuert das Programm den Motor 20 entsprechend, um mittelsdes am Rotor 24 erzeugten Drehmoments entgegen der Betätigung desPedalelements 14 eine Kraft wirksam werden zu lassen. Die Ansteuerungdes Motors 20 erfolgt hierbei seitens der Steuervorrichtungprogrammgesteuert derart, daß amMotor 20 abhängigvom Betätigungswert β exakt einsolches Drehmoment abgegeben wird, daß der in 4a gezeigteVerlauf der Kraftspitze 34 für den Fahrzeugführer fühlbar ist.
    [0057] DerAuslenkungswert β1,ab dem die Kraftspitze 34 wirksam werden soll kann festvorgegeben sein. Es kann aber auch abhängig von der jeweils aktuellvorliegenden Fahrsituation variabel sein.
    [0058] 4b zeigtin Diagrammform ein zweites Beispiel einer Kraft/Weg-Kennlinie derPedaleinheit 10. In diesem Beispiel weist die Kennlinieebenfalls eine Kraftspitze 34 auf. Diese wird allerdingsnicht wie oben im Zusammenhang mit 4a erläutert zur Aktivierungeiner Kickdown-Funktion verwendet. Sondern es wird ein Intervall[β1, β2] so vorgegeben, daß die Kraftspitze 34 für den Fahrzeugführer eine Art übertretbarenPedalanschlag darstellt. Hierbei wird der Auslenkwert β1, ab demdie Kraftspitze 34 wirksam wird, so gewählt, daß die hierdurch beim Kraftfahrzeughervorgerufene Geschwindigkeit etwa einer vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit(z.B. 50 km/h innerorts) entspricht. Versucht der Fahrzeugführer dieseso eingestellte Höchstgeschwindigkeitzu überschreiten,steigt die hierfürnotwendige Pedalkraft F plötzlichsteil an und blockiert zunächst eineweitere Bewegung des Pedalelements 14 und somit eine weitereBeschleunigung. Die entsprechende Gegenkraft wird wie oben erläutert programmgesteuertvon der Steuereinheit durch Ansteuerung des Motors 20 aufgebracht,so daß derin 4b gezeigte Verlauf entsteht, so daß bspw.eine maximale Gegenkraft (zusätzlichzur Kraft des Rückholelements)von 30 N aufgebracht wird. Der Fahrer hat nun die Wahl,durch entsprechende starke Erhöhungder Betätigungskraftden Widerstand zu überwindenund die Beschleunigung doch weiter zu erhöhen.
    [0059] Zusätzlich oderalternativ zur Erzeugung einer Kraftspitze 34 kann derMotor 20 auch in anderer Weise zur Erzeugung von gewünschtenGegenkräftenam Pedalelement 14 eingesetzt werden. So ist bspw. dieSignalisierung von aktuellen Gefahrensituationen (erhöhte Geschwindigkeit,zu geringer Abstand etc.) durch Anstieg der Gegenkraft möglich. Ebensokann als Signalisierung bspw. eine Rüttelbewegung am Pedal 14 erzeugtwerden.
    [0060] Insgesamthat sich aber gezeigt, daß ineinem Bereich größerer Auslenkung β eine größere Kraftwirkungdes Motors 20 auf das Pedalelement 14 notwendigist, um eine geeignete Signalisierung zu erhalten (vgl. 4a).Deshalb ist der in 3 gezeigte Verlauf der KraftFMotor besonders vorteilhaft. Durch dasvariable Übersetzungsverhältnis asteht besonders in diesem Bereich eine erhöhte Kraftwirkung des Motorszur Verfügung.
    [0061] Imfolgenden werden verschiedene Ausführungsformen der in 1 nurallgemein gezeigten Übersetzungsvorrichtung 30 zunächst allgemeinvorgestellt und dann im Detail erläutert.
    [0062] 5 zeigthierbei zunächstin schematischer Darstellung eine Pedaleinheit 110 miteinem Grundelement 112, einem Pedalelement 114 undeinem Rotor 124 eines Motors (nicht dargestellt). Eine Übersetzungsvorrichtungist gebildet einerseits durch eine Kulisse 132 am Rotor 124 undandererseits durch einen Antriebshebel 134 mit einer Führung 136 und einemRollelement 138.
    [0063] DerHebel 134 ist am Pedalelement 114 im Abstand vomDrehpunkt angelenkt. Das Rollelement 138 rollt auf derKulisse 132, währendder Hebel 134 durch seine Längsführung 136 geführt ist.Wie in 5 durch Pfeile angedeutet, wirkt bei einer Drehungdes Rotors 124 entgegen dem Uhrzeigersinn die Kulisse 132 über dasRollelement 138 auf den Hebel 134. Die Kulisse 132 hateine entsprechende Form, so daß derHebel 134 in Richtung des Pedalelements 114 weggedrückt wirdund eine Kraft am Pedalelement 114 bewirkt wird. Die exakteForm der in 5 nur symbolisch gezeigten Kulisse 132 gibt hierbeiden Verlauf des Übersetzungsverhältnissesa vor.
    [0064] Bezüglich der Übersetzungsvorrichtung 130 in 5 seidarauf hingewiesen, daß diesedurch Anlage des Rollenelementes 138 auf der Kulisse 132 nureine einseitige Kraftkopplung zwischen Rotor 124 und Pedalelement 114 vorsieht.Die Übersetzungsvorrichtung 130 beinhaltetsomit einen Freilauf, der lediglich eine Einwirkung des Rotorelements 124 auf dasPedalelement 114 entgegen dessen Betätigungsrichtung erlaubt. Hingegenkann der Rotor 124 nicht in Betätigungsrichtung auf das Pedalelement 114 einwirken,also das Pedal nicht niederdrücken oderniederhalten. Auch bei Blockierung des Rotors 124 ist somitsichergestellt, daß – durchein nicht dargestelltes Rückstellelement – eine vollständige Rückstellungdes Pedalelements 114 in die Leerlaufstellung stets möglich ist.In diesem Fall hebt sich das Rollenelement 138 von demKulissenelement 132 ab.
    [0065] In 10 istin einer perspektivischen Ansicht eine entsprechende Ausführungsformeines Pedalelements gezeigt. Aus Gründen der Anschauung ist hierallerdings das Grundelement 112, das durch ein Gehäuse gebildetwird, nicht dargestellt. Der Motor 20 ist als Torque-Motor ausgebildet,dessen Stator 22 vier feststehende Feldspulen 21 aufweist.Am Rotor 124 ist eine in vier Sektoren jeweils gegensinnig magnetisierteScheibe vorhanden, die mit geringem Luftspalt zu den Feldspulen 22 angeordnetist. Durch geeignete Bestromung der Feldspulen 21 kannso ein Drehmoment am Rotor 124 erzeugt werden.
    [0066] AmRotor 124 ist das Kulissenelement 132 vorgesehen,an dem das Rollelement 138 entlang läuft. Eine Gabel 136 bildeteine Längsführung des Hebels 134.
    [0067] DasPedalelement 114 weist eine Fußbetätigungsfläche 18 auf. Um denDrehpunkt des Pedalelements 114 herum sind zwei Rückholelemente 40, 41 inForm von Spiralfedern vorgesehen, deren in 10 sichtbareEnden als Haken ausgebildet sind, die in entsprechende Halterungenam Grundelement 20 (nicht dargestellt) eingreifen. DieFedern 40, 41 bewirken eine Rückstellung des Pedalelements 114 undführenbspw. zu der oben im Zusammenhang mit 4 diskutiertenKraft/Weg-Kennlinie.
    [0068] In 11 istin einer weiteren perspektivischen Darstellung die Übersetzungseinheit 130 mit demHebel 134, dem Rollelement 138, der Gabelführung 136 unddem am Rotor 124 angeordneten Kulissenelelement 132 nocheinmal vergrößert dargestellt.Aufgrund der besonderen Form des Kulissenelements 132 ergibtsich ein nicht-linearer, ansteigender Verlauf des Übersetzungsverhältnissesa, wie in der gestrichelten Kurve in 2 dargestelltund oben beschrieben. Durch eine andere Form des Kulissenelements 132 könnte einanderer Verlauf des Übersetzungsverhältnisseserreicht werden, falls gewünschtauch ein abfallender Verlauf.
    [0069] 6 zeigtzunächstin symbolischer Darstellung eine zweite Ausführungsform einer Pedaleinheit 210 miteinem Pedalelement 214, einem Rotor 224 und einer Übersetzungsvorrichtung 230. Die Übersetzungsvorrichtung 230 istbei der zweiten Ausführungsformals Hebelgetriebe ausgebildet mit einem Antriebshebel 234,der am Pedalelement 214 im Abstand vom Drehpunkt angelenktist. Weiter ist ein Stützhebel 236 vorgesehen,der am Grundelement 212 und am Antriebshebel 234 angelenktist. Der Rotor 234 weist eine Antriebsnocke 232 auf.
    [0070] Beider in 6 durch Pfeile angedeuteten Drehung des Rotors 224 entgegendem Uhrzeigersinn wirkt die Antriebsnocke 232 des Rotors 224 auf denhinteren Bereich des Antriebshebels 234, d. h. hinter demAnlenkpunkt des Stützhebels 236.Es ergibt sich eine Hebelwirkung vergleichbar einem Kniehebel, beidem auf das Pedalelement 214 mittels des Antriebshebels 234 entgegender Betätigungsrichtung,wie in 6 durch einen Pfeil angedeutet, eine Kraft einwirkt.
    [0071] Auchbezüglichder zweiten Ausführungsformweist die Übersetzungsvorrichtung 230 einen Freilaufauf. Eine Kraftübertragungist nur einseitig durch Anlage der Antriebsnocke 232 anAntriebshebel 234 gegeben. Bei blockierenden oder falschangesteuerten Rotor 224 kann dennoch eine vollständige Rückstellungdes Pedalelements 214 in die Leerlaufstellung erfolgen,wobei sich die Antriebsnocke 232 dann vom Antriebshebel 234 entfernt.
    [0072] 12 zeigtin perspektivischer Ansicht eine entsprechende Ausführung einerPedaleinheit 200. Das Grundelement 212 weist eineGrundplatte auf, an der das Pedalelement 214 und der Stützhebe1 236 angelenktsind. Der Motor 20 ist wie bei der ersten Ausführungsformals Torque-Motor ausgebildet. Die am Rotor 224 vorgeseheneAntriebsnocke 232 ist als drehbare Rolle ausgebildet.
    [0073] Die Übersetzungsvorrichtung 230 istin 13 noch einmal aus einer anderen Perspektive in vergrößerter Darstellungdargestellt. Die Konstruktion der Übersetzungsvorrichtung 230 mitden Hebeln 234, 236 ist so gewählt, daß sich ein nicht-linearer Verlaufdes Übersetzungsverhältnissesetwa wie in 2 dargestellt ergibt.
    [0074] In 7 istzunächstin schematischer Form eine dritte Ausführungsform einer Pedaleinheit 310 dargestelltmit einem Grundelement 312 und einem Pedalelement 314.Als Übersetzungsvorrichtung 330 wirktein Bandelement 334 das an einer im Abstand von dessenDrehachse am Pedalelement 314 angeordneten ersten Bandhalterung 338,einer am Grundelement 312 angeordneten zweiten Bandhalterung 336 undeiner am Rotor 324 angeordneten dritten Bandhalterung 332 gehaltenist. Die zweite Bandhalterung 336 ist hierbei als Umlenkrolleausgebildet. Die dritte Bandhalterung 332 am Rotor 324 weist zweiim Abstand voneinander, im gezeigten Beispiel diametral gegenüberliegendangeordnete Bandbefestigungspunkte 332a, 332b auf.Das Bandelement 334 ist im wesentlichen als Bandschleifeso angeordnet, daß seineEnden an den Bandbefestigungspunkten 232a, 232b befestigtsind. Das Band 234 wird an der ersten Bandhalterung 238 undan der zweiten Bandhalterung 236 jeweils umgelenkt.
    [0075] DurchDrehen des Rotors 324 wird die Bandschleife 334 verkürzt, sodaß dasBandelement 334 eine Zugbelastung auf die erste Bandhalterung 338 amPedalelement 314 ausübt,so daß eszu einer entgegen der Betätigungsrichtunggerichteten Kraftwirkung kommt, wie durch Pfeile in 7 angedeutet.
    [0076] Beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispielenist auch bei der dritten Ausführungsform der Übersetzungsvorrichtung 330 einFreilauf gewährleistet.Hierbei kann eine Rückstellungdes Pedalelements 314 stets unabhängig vom Rotor 324 erfolgen,wobei sich dann ein Durchhängendes Seils 334 ergibt.
    [0077] Inden 14 und 15 sinddie Pedaleinheit 310 und die Übersetzungseinheit 330 jeweilsin perspektivischen Darstellungen gezeigt.
    [0078] Wiebei den vorhergehenden Ausführungsformenist ein Torque-Motor 20 vorgesehen. Am Pedalelement 314 sindwiederum Federn 40, 41 als Rückstellelemente vorgesehen.
    [0079] DasBandelement 334 ist in der gezeigten Ausführung alsSeil ausgebildet. In einer alternativen Ausführung (nicht dargestellt) kannes bspw. auch als flacher Gurt ausgebildet sein. Die Verwendungeines Stahlseils ist möglich;wegen der engen Radien wird aber ein Kunststoffmaterial bevorzugt.
    [0080] Inder in den 7, 14, 15 gezeigtenStellung sind die Bandbefestigungspunkte 332a, 332b soausgerichtet, daß sieim wesentlichen in einer Linie zwischen der ersten Bandhalterung 338 am Pedalelement 314 undder zweiten Bandhalterung 336 am Grundelement 312 stehen.Bei einer Drehung des Rotors 324 treten die Befestigungspunkte 332a, 332b ausdieser Linie heraus und verkürzenso die Bandschleife 334 Hierbei wirkt jeweils von den Bandendeneine erste und eine zweite Zugkraft F1, F2. Diese Zugkräfte addierensich nach Art eines Flaschenzugs und führen zwischen der am Grundelementfeststehenden zweiten Bandhalterung 336 und dem Pedalelement 314 zueiner Zugbelastung.
    [0081] Aufgrundder Anordnung der Bandhalterungen 332, 336, 338 ergibtsich etwa wie in 2 dargestellt ein ansteigenderVerlauf des Übersetzungsverhältnissesa.
    [0082] Beiden beschriebenen Ausführungsformen wurdenjeweils Pedaleinheiten mit hängendemPedal gezeigt. Die Ausführungsformenkönnenjedoch in gleicher Weise auch fürPedaleinheiten mit stehendem Pedal verwendet werden. Wie die 8 und 9 zeigen,könnensogar identische Pedalmodule 28 sowohl für hängende Pedale(8) als auch für stehendePedale (9) verwendet werden. Hierbei istbei einem stehenden Pedal (9) die Fußbetätigungsfläche nichtdirekt am Pedalelement 14 angeordnet, sondern das Pedalelement 14 istseinerseits mit einem separaten Fußbetätigungselement 15 gekoppelt.
    权利要求:
    Claims (15)
    [1] Pedaleinheit mit – einemGrundelement (12, 112, 212), – einemgegenüberdem Grundelement zwischen einer Leerlaufstellung mit geringer Auslenkungund einer Vollgasstellung mit maximaler Auslenkung bewegbaren Pedalelement(14, 114, 214), – einer Krafteinheit (20)mit einem Stator (22), der am Grundelement (12, 112, 212)befestigt ist und einem gegenüberdem Stator (22) beweglichen Bewegungselement (24,124, 224), – und einer Übersetzungsvorrichtung(30, 130, 230) zwischen dem Bewegungselement(24, 124, 224) und dem Pedalelement (14, 114, 214), – wobeidie Übersetzungsvorrichtung(30, 130, 230) ein variables Übersetzungsverhältnis (a)zwischen einer Bewegung am Bewegungselement (24, 124, 224)und einer Bewegung am Pedalelement (14, 114, 214)aufweist, – wobeidas Übersetzungsverhältnis (a)bei einer ersten, geringeren Auslenkung des Pedalelements (14, 114, 214)geringer ist als bei einer zweiten, größeren Auslenkung des Pedalelements(14, 114, 214) dadurch gekennzeichnet,daß – die Übersetzungsvorrichtung(130, 230) ein Hebelgetriebe aufweist, – wobeimindestens ein Antriebshebel (134,234) vorgesehenist, der am Pedalelement (114, 214) im Abstandvom Drehpunkt angelenkt ist, – wobei das Bewegungselement(124, 224) oder ein am Bewegungselement befestigtesElement (132, 232) auf den Antriebshebel (134, 234)wirkt.
    [2] Einheit nach Anspruch 1, bei der – die Übersetzungsvorrichtung(130) eine Kulissenführungaufweist, bei der ein Gleitelement (138) in Kontakt miteiner Führungsfläche (132)steht und auf dieser gleitet, – wobei die Führungsfläche (132)am Bewegungselement (124) befestigt ist – und dasGleitelement (138) am Antriebshebel (134) befestigtist.
    [3] Einheit nach Anspruch 2, bei der – das Gleitelementals Rollenelement (138) ausgebildet ist, das auf der Führungsfläche (132)abrollt.
    [4] Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, beider – einStützhebel(236) vorgesehen ist, der an dem Grundelement (210)angelenkt ist, – wobeider Stützhebel(236) zusätzlichan dem Antriebshebel (236) angelenkt ist.
    [5] Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, beider – die Übersetzungsvorrichtung(30, 130, 230) einen Freilauf aufweist,so daß vonder Krafteinheit (20) auf das Pedalelement (14, 114, 214)nur eine Kraft entgegen der Betätigungsrichtungwirken kann.
    [6] Pedaleinheit mit – einem Grundelement (312), – einemgegenüberdem Grundelement zwischen einer Leerlaufstellung mit geringer Auslenkungund einer Vollgasstellung mit maximaler Auslenkung bewegbaren Pedalelement(314), – einerKrafteinheit (20) mit einem Stator (22), der am Grundelement(312) befestigt ist und einem gegenüber dem Stator (22)beweglichen Bewegungselement (324), – und einer Übersetzungsvorrichtung(30, 130, 230) zwischen dem Bewegungselement(324) und dem Pedalelement (314) vorgesehen ist, – wobeidie Übersetzungsvorrichtung(330) ein variables Übersetzungsverhältnis (a)zwischen einer Bewegung am Bewegungselement (324) und einerBewegung am Pedalelement (314) aufweist, – wobeidas Übersetzungsverhältnis (a)bei einer ersten, geringeren Auslenkung des Pedalelements (314)geringer ist als bei einer zweiten, größeren Auslenkung des Pedalelements(314) – wobeidie Übersetzungsvorrichtungmindestens ein Bandelement (334) zur Kopplung des Bewegungselements(324) mit dem Pedalelement (314) aufweist, – und wobeidas Bandelement (234) sich zwischen einer ersten Bandhalterung(338) am Pedalelement (314), einer zweiten Bandhalterung(336) am Grundelement (312) und einer drittenBandhalterung (332) am Bewegungselement (324)erstreckt, – wobeidie Bandhalterung (332) am Bewegungselement (324)mindestens zwei im Abstand voneinander angeordnete Bandhaltepunkte(332a, 332b) aufweist, dadurch gekennzeichnet,daß – das Bandelement(234) mindestens mit der zweiten Bandhalterung (336)am Grundelement so verbunden ist, daß es an der Bandhalterung (336)umgelenkt wird und gegenüberder Bandhalterung (336) in seiner Längsrichtung rutschen kann.
    [7] Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, beider – das Übersetzungsverhältnis (a)mit der Auslenkung streng monoton ansteigt.
    [8] Einheit nach Anspruch 7 bei der – das Übersetzungsverhältnis (a)stärkerals linear ansteigt.
    [9] Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, beider – dasPedalelement (14, 114, 214, 314)am Grundelement (12, 112, 212, 312)in einem Drehpunkt schwenkbar ist.
    [10] Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, beider – dieKrafteinheit als Motoreinheit (20) mit einem Stator (22)und einem Rotor (24, 124, 224, 324)ausgebildet ist.
    [11] Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, beider – dieKrafteinheit als Torque-Motor (20) ausgebildet ist.
    [12] Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, beider – für die Ermittlungder Position des Pedalelements (14, 114, 214, 314)ein Positionssensor vorgesehen ist.
    [13] Pedalbaugruppe fürein Kraftfahrzeug mit – einerPedaleinheit (10, 110, 210, 310)nach einem der vorangehenden Ansprüche, – und einer Steuereinheit zurAnsteuerung der Motoreinheit (20), um eine gewünschte Gegenkraftzu erzeugen.
    [14] Pedalbaugruppe fürein Kraftfahrzeug mit – einerPedaleinheit (10, 110, 210, 310) – mit einemGrundelement (12, 112, 212, 312), – einemgegenüberdem Grundelement bewegbaren Pedalelement (14, 114, 214, 314), – und einerKrafteinheit (20) mit einem Stator (22), der amGrundelement (12, 112, 212, 312)befestigt ist und einem gegenüberdem Stator (22) beweglichen Bewegungselement (24, 124, 224, 324) – und einerSteuereinheit zur Ansteuerung der Krafteinheit (20), – wobeiin der Steuereinheit mindestens ein Wert für eine Auslenkung ([β1, β2]) vorgegebenist, bei der eine Kraftspitze (34) erzeugt werden soll, – wobeidie Steuereinheit die Krafteinheit (20) so ansteuert, daß bei dervorgegebenen Auslenkung eine Gegenkraft entgegen der Betätigungsrichtungerzeugt wird, – wobeidie erzeugte Gegenkraft so von der Pedalauslenkung abhängig ist,daß sicheine Kraft/Weg-Kennlinie in Form einer Kraftspitze (34)ergibt.
    [15] Kraftfahrzeug mit einer Pedaleinheit nach einem derAnsprüche1–12 odereiner Pedalbaugruppe nach einem der Ansprüche 13, 14.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004024763B4|2006-05-24|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-12-15| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
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