Die Erfindung betrifft eine Fahrpedalvorrichtung zur Steuerung einer Motoreinheit eines Kraftfahrzeuges mit einem Grundelement, einem an dem Grundelement angeordnetem und relativ zu diesem beweglichen Pedalelement und einem mit dem Pedalelement in Eingriff bringbaren Kick-Down-Element.

Fahrpedalvorrichtungen mit Kick-Down-Elementen sind bekannt und werden im Kraftfahrzeugbereich zur Motorsteuerung von Fahrzeugen mit Automatikgetrieben verwendet. Das Kick-Down-Element dient dabei dazu, dem Fahrzeugführer durch eine Kraftspitze im Verlauf der in der Regel linear ansteigenden Kraft zur Betätigung des Pedalelements das Erreichen der Kick-Down-Stellung spürbar zu machen. Vorteilhafterweise ist dabei das Kick-Down-Element direkt im Anschluss an die Stellung des Pedalelements angeordnet, die der Volllast des mit der Fahrpedalvorrichtung steuerbaren Motoreinheit entspricht. Eine Betätigung des Pedalelements mit einer höheren als der durch das Kick-Down-Element entgegengebrachten Kraft, wobei das Pedalelement über die Volllastposition hinaus bewegt wird, führt zu einer Aktivierung der Kick-Down-Funktion bei der das Automatikgetriebe herunterschaltet.

Aus der DE 100 31 097 ist bereits eine Fahrpedalvorrichtung mit einem mechanischen Kick-Down-Element bekannt, bei dem ein federgespeicherter zapfenförmiger Stößelkörper durch eine Ausnehmung mit federgespeicherten Kugeln gedrückt wird. Ferner wird in der Druckschrift eine Fahrpedalvorrichtung mit einem magnetischen Kick-Down-Element beschrieben. Ein magnetisches Kick-Down-Element umfasst dabei einen Stößelkörper, der bei einer bestimmten Auslenkung des Pedalelements auf ein Magnetelement trifft und dieses gegen eine Magnetkraft und eine Magnetgegenkraft bewegt. Die entsprechende Kraft/Weg-Kennlinie ist durch geeignete Wahl der Elemente und ihrer jeweiligen Anordnung einstellbar. In jedem Fall handelt es sich aber um Kraftsprung-Kennlinien, gekennzeichnet durch einen Kraftanstieg bis zu einer Kraftspitze und anschließendem Kraftabfall.

Die bekannten Fahrpedalvorrichtungen weisen den Nachteil auf, dass deren Kick-Down-Elemente einen komplizierten Aufbau aufweisen, was zu hohen Herstellungskosten des Kick-Down-Elements und somit auch zu hohen Herstellungskosten für die mit dem Kick-Down-Element ausgestatteten Fahrpedalvorrichtungen führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrpedalvorrichtung mit einem Kick-Down-Element bereitzustellen, dass bei einer möglichst einfachen Konstruktion eine vorbestimmte Kraft/Wegkennlinie aufweist.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Fahrpedalvorrichtung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Kennzeichnend für die erfindungsgemäße Fahrpedalvorrichtung ist ein Kick-Down-Element, dass ein Federelement aufweist, welches derart ausgebildet ist, dass es nach Erreichen einer einstellbaren Betätigungskraft, d. h. der von dem Fahrzeugführer auf das Pedalelement aufgebrachten Kraft, aus einer ersten stabilen Lage in eine zweite stabile Lage reversibel umspringt.

In der ersten stabilen Lage befindet sich das Federelement dabei vorteilhafterweise immer dann, wenn sich das Pedalelement in einer Position befindet, in der sich die über die Fahrpedalvorrichtung steuerbare Motoreinheit im Lastbereich zwischen der Volllastposition und einer Leerlaufposition befindet. Eine Bewegung des Pedalelements über die Volllastposition hinaus ist erst nach Überwindung einer spezifischen durch das Federelement bestimmten Gegenkraft möglich. Wenn die Betätigungskraft die Gegenkraft erreicht, bewegt sich das Federelement sprungartig in die zweite stabile Lage. In einer Kraft/Wegkennlinie ist die hierzu notwendige Betätigungskraft als Kraftspitze zu erkennen.

Solange sich das Federelement in der zweiten stabilen Lage befindet, bleibt die Kick-Down-Funktion aktiviert. Zur Aufrechterhaltung ist dabei eine gegenüber der zur Aktivierung notwendigen Betätigungskraft deutlich verringerte Betätigungskraft erforderlich. Die Deaktivierung der Kick-Down-Funktion erfolgt, wenn das Federelement in die erst stabile Lage zurück bewegt wird. Dieser Vorgang läuft selbsttätig ab, wenn die Betätigungskraft einen definierten Wert unterschreitet.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Fahrpedalvorrichtung besteht darin, dass für den Fahrzeugführer die Kick-Down-Position deutlich spürbar ist, wobei zur Aktivierung des Kick-Downs nach Erreichen der vorbestimmten Betätigungskraft die Kick-Down-Funktion unmittelbar aktiviert wird. Gleichzeitig weist die Fahrpedalvorrichtung einen besonders einfachen Aufbau auf. Insbesondere die Ausgestaltung des Kick-Down-Elements mit nur einem Federelement zeichnet sich dabei durch ihren besonders einfachen Aufbau auf, der es ermöglicht, die erfindungsgemäße Fahrpedalvorrichtung besonders kostengünstig und zuverlässig auszuführen.

Da sich das Federelement nach aktivierten Kick-Down zudem in einer stabilen Lage befindet, muß der Fahrzeugführer keine wesentlich erhöhten Betätigungskräfte zur Aufrechterhaltung der Position aufbringen. Da zudem die Rückstellung des Kick-Down-Elements nach dessen Aktivierung automatisch nach einer Reduzierung der Betätigungskraft des Fahrzeugführers erfolgt, kann auf zusätzliche Rückstelleinrichtungen verzichtet werden.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Federelement tellerförmig ausgebildet und im Randbereich in einem Gehäuse des Kick-Down-Elements eingespannt. Die tellerförmige Ausgestaltung ermöglicht dabei eine gute Zugänglichkeit des Federelements für das Pedalelement, wobei das Kick-Down-Element gleichzeitig besonders flach ausgebildet werden kann. Eine Beschränkung der Einspannung des Federelements auf den Randbereich, wobei neben einer Einspannung des gesamten Randbereichs auch eine nur partielle Einspannung möglich ist, gewährleistet dabei, dass auch bei kleinen Federelementen ein großer Bereich des Federelements für die Kick-Down-Funktion zur Verfügung steht, so dass gewährleistet ist, dass für den Fahrzeugführer ein deutlich spürbarer Pedalweg bei der Aktivierung der Kick-Down-Funktion erkennbar ist.

Zur Einstellung der Gegenkraft des Federelements ist nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass eine auf das im Gehäuse eingespannte Federelement wirkende Einspannkraft einstellbar ist. Maßgeblich ist dabei im wesentlichen die in radiale Richtung auf das tellerförmige Federelement wirkende Einspannkraft. Über deren Einstellbarkeit ist es möglich, unter Verwendung identischer Federelemente Fahrpedalvorrichtungen bereitzustellen, die ein Kick-Down-Element mit unterschiedlicher Gegenkraft aufweisen. Die Einstellbarkeit der Einspannkraft und die daraus resultierende Einstellbarkeit der Gegenkraft ermöglicht es ferner, gegebenenfalls im Betrieb auftretende Ermüdungserscheinungen, die mit einer Reduzierung der Gegenkraft einhergehen, zu kompensieren. Somit kann auf einen anderenfalls erforderlichen teuren Austausch des Kick-Down-Elements oder der gesamten Fahrpedalvorrichtung verzichtet werden.

Wesentlich für die Höhe der Gegenkraft ist neben der radial wirkenden Einspannkraft u. a. die Gestaltung des Federelements. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Federelement zwei kreisförmig ausgebildete und konzentrisch zueinander angeordnete Knicklinien auf. Eine erste Knicklinie ist dabei im Randbereich des Federelements und eine zweite Knicklinie im Bereich des Mittelpunkts des Federelements angeordnet. Der Abstand der Knicklinien bzw. der Durchmesserunterschied der kreisförmigen Knicklinien bestimmt neben der zur Aktivierung der Kick-Down-Funktion zu überwindenden Gegenkraft auch den Pedalweg nach Überwindung der Gegenkraft des Federelements. Ein möglichst großer Durchmesserunterschied, der insbesondere gemäß dieser erfindungsgemäßen Weiterbildung erreicht wird, gewährleistet dabei, dass bei einer nur geringen Baugröße des Federelements ein für den Fahrzeugführer deutlich spürbarer Pedalweg erkennbar ist.

Das Zusammenwirken des Pedalelements mit dem Federelement kann grundsätzlich in beliebiger Weise erfolgen. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an dem Pedalelement jedoch ein Druckelement angeordnet, das mit dem Federelement in Eingriff bringbar ist, wobei das dem Federelement zugewandte Ende des Druckelements vorzugsweise im Bereich des Mittelpunkts des Federelements mit diesem zusammenwirkt. Die Verwendung eines Druckelements ermöglicht es, eine optimale Anpassung des Pedalelements an das Federelement des Kick-Down-Elements vorzunehmen. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung entspricht dabei die mit dem Federelement zusammenwirkende Fläche des Druckelements der durch die zweite Knicklinie vorgegebenen Fläche, wodurch die Zuverlässigkeit des Kick-Down-Elements in ergänzender Weise gesteigert wird.

Ein Schalter zur Aktivierung der Kick-Down-Funktion, d.h. ein Schalter dessen Aktivierung das Herunterschalten der Motoreinheit bewirkt, kann grundsätzlich an beliebiger Stelle der Fahrpedalvorrichtung angeordnet werden. Bevorzugt wird kein separates mechanisches Schaltelement verwendet. Stattdessen wird ein ohnehin vorhandener Drehsensor, der an geeigneter Stelle zwischen dem Pedalelement und dem Grundelement angeordnet ist, verwendet um zu erkennen, ob das Pedalelement eine Auslösestellung eingenommen hat. Diese Auslösestellung ist bevorzugt im Bereich der Kraftspitze angeordnet, bspw. kurz vor dem Erreichen des Maximums. Die Kick-Down Funktion wird dann durch eine elektronische Steuereinheit ausgelöst, die die Sensorsignale auswertet.

Nach einer alternativen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Schalter zur Aktivierung der Kick-Down-Schaltfunktion hingegen derart an dem Kick-Down-Element angeordnet, dass das Federelement in der zweiten stabilen Lage mit dem Schalter zusammenwirkt. Diese Anordnung gewährleistet in besonders zuverlässiger Weise, dass die Kick-Down-Funktion nur dann aktiviert wird, wenn tatsächlich das Federelement des Kick-Down-Elements aus der ersten stabilen Lage in die zweite stabile Lage bewegt wird. Einer verfrühten, fehlerhaften Aktivierung wird somit zuverlässig vorgebeugt.

Das Federelement kann grundsätzlich aus jedem Material geformt werden, das die Herstellung eines Federelements gewährleistet, welches bei einer bestimmten Betätigungskraft aus einer ersten stabilen Lage in eine zweite stabile Lage reversibel umspringt. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist als Federelement jedoch eine metallische Schnappfeder vorgesehen. Derartige Federn können als Zukaufteil in nahezu jeder gewünschten Größe bezogen werden. Die Möglichkeit der Verwendung von Zukaufteilen ermöglicht es in ergänzender Weise, die Herstellungskosten des Kick-Down-Elements und somit die Herstellungskosten der Fahrpedalvorrichtung zu reduzieren. Die Verwendung von metallischen Federelementen zeichnet sich dabei insbesondere durch die hohe Verschleißfestigkeit und Zuverlässigkeit aus.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine erste Seitenansicht einer Fahrpedalvorrichtung mit einem Kick-Down-Element in einer ersten Stellung eines Pedalelements;

2 eine zweite Seitenansicht der Fahrpedalvorrichtung von 1 in einer weiteren Stellung des Pedalelements;

3a eine Schnittansicht durch das Kick-Down-Element von 1 und 2 in einer Teillaststellung des Pedalelements und einem sich dabei über dem Federelement befindlichen Stößelelement;

3b eine Schnittansicht des Kick-Down-Elements von 1 mit dem sich in einer Volllaststellung befindlichen Stößelelement;

3c eine Schnittansicht durch das Kick-Down-Element von 1 mit aktiviertem Kick-Down;

4a eine Draufsicht auf das Federelement von 3a;

4b eine Schnittansicht durch das Federelement von 3a und

5 eine Kraft/Wegkennlinie der Pedaleinheit aus 1 und 2 bei verschiedenen Einstellungen.

In 1 und 2 ist jeweils eine Seitenansicht einer Fahrpedalvorrichtung 2 in unterschiedlichen Stellungen des Pedalelements 6 dargestellt.

Das Pedalelement 6 ist mittels eines Scharniers 20 gelenkig an einem Grundelement 4 der Fahrpedalvorrichtung 2 befestigt. Zur Steuerung einer hier nicht dargestellten Motoreinheit kann das Pedalelement 6 zwischen einer Leerlaufstellung und einer Volllaststellung gegenüber dem Grundelement 4 verschwenkt werden, wobei ein an dem Pedalelement 6 befestigter Kolben 7, der in dem Grundelement 4 gegen einen Widerstand verschiebbar geführt ist, einem Fahrzeugführer eine mit zunehmender Verschwenkung des Pedalelements 6 in Richtung auf das Grundelement 4 linear ansteigende Pedalkraft entgegen bringt.

Bei Fahrzeugen mit Automatikgetrieben besteht die Möglichkeit, über eine sogenannten Kick-Down-Funktion ein Herunterschalten einer Getriebeeinheit zu erreichen. Ein an dem Grundelement 4 befestigtes Kick-Down-Element 10 wirkt mit einem an dem Pedalelement 6 befestigten Druckelement 8 in der Volllaststellung des Pedalelement 6 zusammen. Dabei wird ein in einer Hülse 14 des Kick-Down-Element 10 axial verschiebbar gelagertes Stößelelement 12 durch das Druckelement 4 in die Hülse 14 des Kick-Down-Element 10 bewegt.

Eine genaue Abfolge der Bewegungen des Stößelelements 12 ausgehend von der annähernden Volllaststellung des Pedalelements 6 bis zu einer Aktivierung des Kick-Down-Elements 10, ist in den 3a bis 3c dargestellt. In 3a befindet sich das Pedalelement 6 noch nicht in der Volllaststellung, so dass das Stößelelement 12 oberhalb eines Federelements 11 angeordnet ist, das innerhalb der Hülse 14 angeordnet ist. Bei Erreichen der Volllaststellung verschiebt das Druckelement 8 das Stößelelement 12, so dass dieses in Kontakt mit der dem Stößelelement 12 zugewandten Seite des Federelements 11 kommt. Aus dieser in 3b dargestellten Position ist es für den Fahrzeugführer zur Aktivierung der Kick-Down-Funktion erforderlich, eine erhöhte Betätigungskraft aufzubringen, die der Kraft entspricht, die erforderlich ist, um das Federelement 11 aus einer ersten stabilen Lage, wie sie in 3a und 3b dargestellt ist, in eine zweite stabile Lage, die in 3c dargestellt ist, zu bewegen.

Das Federelement 11 wird dabei entlang seiner Knicklinien 15, 16 umgestülpt und in axiale Richtung der Hülse 14 verschoben. Der Pedalweg, den der Fahrzeugführer bei Aktivierung des Kick-Downs spürt, entspricht dabei der Auslenkung des Federelements 11 (vgl. 4a).

Das Federelement 11 weist in seinem Randbereich in regelmäßigen Abständen radial gerichtete Einschnitte auf, die die Umfangsfläche in gleichmäßig verteilte Einspannabschnitte 17 einteilt. Das Federelement 11 ist durch die Hülse 14 in axialer Richtung fixiert und in radialer Richtung vorgespannt. Die radial wirkende Einspannkraft ist dabei über ein hier nicht dargestellten Mechanismus einstellbar und bestimmt dabei neben der konstruktiven Ausgestaltung des Federelements 11 die erforderliche Betätigungskraft zum Umschalten des Federelements 11 aus der ersten stabilen Lage in die zweite stabile Lage. Die durch die zweite Knicklinie 16 geformte Kontaktfläche 18 ist an die Form des Stößelelements 12 im Kontaktbereich mit dem Federelement 11 angepasst.

In 5 ist eine Kraft/Wegkennlinie der Fahrpedalvorrichtung 2 dargestellt, wobei die Gegenkraft F der Fahrpedalvorrichtung 2 über die Auslenkung A gezeigt ist. Nach einem ersten, linearen Bereich 22 ergibt sich ab einer Auslenkung A1 eine Kraftspitze 24 nach deren Überwindung das Federelement 11 schlagartig in die zweite stabile Position umspringt, wobei ein relativ steiler Abfall der Kraft auftritt.

Die Aktivierung der Kick-Down-Funktion erfolgt in gezeigtem Beispiel mittels eines an der Fahrpedalvorrichtung 2 vorgesehenen Positionssensors (nicht dargestellt), der die relative Position (Betätigungsweg) des Pedalelements 6 ermittelt und in ein elektrisches Signal umwandelt. Das Signal wird in einer Steuereinheit verarbeitet. Erkennt die Steuereinheit, dass ein in 5 gezeigter Auslösepunkt K erreicht oder überschritten ist, so wird die Kick-Down-Funktion (Herunterschalten) aktiviert. Im gezeigten Beispiel liegt der Auslösepunkt K kurz vor dem Maximum der Kraftspitze 24.