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Dokumentenidentifikation DE102004027499B4 23.02.2006
Titel Pedaleinheit für ein Kraftfahrzeug
Anmelder AB Elektronik GmbH, 59368 Werne, DE
Erfinder Rühl, Stefan, 44534 Lünen, DE
Vertreter Wenzel & Kalkoff, 58452 Witten
DE-Anmeldedatum 04.06.2004
DE-Aktenzeichen 102004027499
Offenlegungstag 29.12.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 23.02.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.02.2006
IPC-Hauptklasse G05G 1/14(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse B60K 23/02(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      B60K 26/02(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      B60T 7/06(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      G05G 5/03(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Pedaleinheit und ein Kraftfahrzeug.

Zur Steuerung von Kraftfahrzeugmotoren sind Fahrpedale bekannt. Der Fahrzeugführer tritt auf ein Pedal-Element, das entlang eines Pedalwegs auslenkbar ist. Die Pedalstellung bewirkt bei herkömmlichen Kfz durch einen Bowdenzug die Verstellung einer Drosselklappe. Alternativ wird bei E-Gas-Systemen die Pedalstellung mittels eines Sensors abgefragt und in der Motorsteuerung verarbeitet.

Ein Fahrpedal verfügt über mindestens eine Rückholeinheit, üblicherweise eine Feder, mit der eine Gegenkraft gegen die Auslenkung des Pedal-Elements aufgebracht wird. Die Gegenkraft steigt üblicherweise mit der Pedalauslenkung linear oder nichtlinear an. Bei Pedaleinheiten für Kfz spielt die für den Benutzer spürbare Gegenkraft bei der Betätigung des Pedalelements, d.h. die Kraft/Weg-Kennlinie eine wichtige Rolle.

Für Fahrzeuge mit Automatikgetriebe ist es bekannt, am Ende des Pedalwegs ein Kraftsprung-Element vorzusehen, um die sogenannte Kick-Down-Funktion zu realisieren. Ein solches Kraftsprung-Element bewirkt in einem Auslösebereich des Pedalwegs zunächst eine relativ hohe Gegenkraft gegen die Auslenkung des Pedal-Elements. Bei starker Betätigung wird die Gegenkraft überwunden, und es ergibt sich am Ende des Auslösebereichs eine geringere Gegenkraft. Durch eine Betätigung de Pedalelements, die zum Auslösen des Kraftsprung-Elements führt, wird die Kick-Down-Funktion aktiviert (Herunterschalten des Getriebes). Der Fahrer aktiviert diese Funktion durch die benötigte erhöhte Betätigungskraft und den gefühlten Kraftsprung bewusst in solchen Situationen, in denen die zusätzliche Beschleunigung hierdurch benötigt wird.

Weiter sind Fahrpedaleinheiten bekannt, bei denen mittels einer Motoreinheit eine gesteuerte Gegenkraft auf das Pedal-Element erzeugt werden kann. Beispielsweise in der DE 102 11 018 A1 der Anmelderin ist in einem Pedaldrehpunkt ein Torquemotor vorgesehen, dessen Rotoreinheit mit dem Pedal-Element und dessen Statoreinheit mit einer Basiseinheit verbunden ist. Eine Steuereinheit steuert die Motoreinheit an. Beim Erfassen eines von einem vorgegebenen Normalzustand abweichenden Zustandes (beispielsweise Überschreitung einer Höchstgeschwindigkeit) wird die Motoreinheit eingeschaltet und der Fahrzeugführer durch die erhöhte Rückstellkraft auf die Abweichung vom Normalzustand aufmerksam gemacht.

Eine weitere Fahrpedalvorrichtung mit steuerbarer Gegenkraft ist in der EP 1 369 763 A2 der Anmelderin beschrieben. Die Pedalbewegung wird hier mittels eines Hebelelements in eine Drehbewegung umgesetzt. Wiederum ist ein Torquemotor vorgesehen, der über ein Kupplungsseil eine variable, steuerbare Gegenkraft gegen die Pedalauslenkung bewirken kann.

Ein Torquemotor eignet sich zwar für die Erzeugung der benötigten hohen Drehmomente. Die Motoreinheit ist jedoch relativ aufwendig und teuer. Sie benötigt auch eine relativ große elektrische Leistung.

In der DE 10 033 297 A1 ist eine Pedaleinheit mit einem Pedalelement und einem Grundelement gezeigt. Ein als Gleitelement ausgebildetes Laufelement läuft bei Betätigung des Pedalelements gegenüber einer am Grundelement angeordneten Lauffläche. Durch Wahl entsprechender Werkstoffe für das Gleitelement und die Lauffläche kann eine unterschiedliche Reibung erzielt werden, so daß eine Bewegungscharakteristik mit einer Bewegungshysterese ermöglicht wird.

In der DE 198 48 091 A1 ist ein Hysterese-Modul für ein Fahrpedal beschrieben. Um eine Welle herum ist eine gekrümmte Reibfläche starr am Gehäuse angeordnet. Eine an der Welle vorgesehene Spiralfeder gleitet mit ihrem freien Ende über die Reibfläche. Durch die Normalkraft, mit der das freie Federende an der Reibfläche anliegt, entstehen Reibkräfte, die das zum Verdrehen der Welle erforderliche Drehmoment erhöhen. Die Reibfläche kann mit konstantem Radius, aber auch mit degressiver oder progressiver Steigung ausgeführt sein. Die Stellung des Fahrpedals wird über einen Sensor erfaßt. Ein Kickdown-Nocken in der Reibfläche kann zur Erzeugung einer deutlichen wahrnehmbaren Kraftspitze vorgesehen sein.

Die DE 44 22 232 A1 beschreibt einen Stellwertgeber zur Steuerung der Leistung einer Antriebsmaschine eines Fahrzeugs. Ein Pedal ist gekoppelt mit einer verstellbar gelagerten Mitnehmeranordnung. In Abhängigkeit von der Position der Mitnehmeranordnung liefert ein Sensor ein elektrisches Signal. In einer Ausführungsform (5) ist die Mitnehmeranordnung als Dreheinheit ausgebildet. Eine daran gebildete Schnappeinrichtung mit einem radial federbelasteten Rollkörper rollt auf einer bogenförmigen Fläche ab. Die Fläche weist eine Stufe auf, wobei sich beim Überwinden der Stufe eine erhöhte Rückstellkraft ergibt.

In der DE 32 34 479 A1 ist ein Gaspedal für Straßenfahrzeuge beschrieben. Das Gaspedal bewegt beim Niederdrücken einen Federbügel mit. Der Federbügel trifft bei einer bestimmten Auslenkung gegen einen keilförmigen Anschlag. Der keilförmige Anschlag ist durch einen steuerbaren Motor linear verschiebbar, so daß sich die Betätigungsstellung, in der der Anschlag wirksam wird, einstellen läßt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Pedaleinheit und ein Kfz vorzuschlagen, bei denen auf einfache Weise eine gewünschte im Betrieb veränderliche Kraft/Weg-Kennlinie erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Pedaleinheit nach Anspruch 1 und ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 9. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

Bei der erfindungsgemäßen Pedaleinheit ist ein Pedalelement gegenüber einem Grundelement beweglich. Ein Laufelement ist vorgesehen, das bei Betätigung des Pedalelements gegenüber einer Lauffläche läuft. Laufelement und Lauffläche sind zueinander durch eine Federkraft quer zur Laufrichtung beaufschlagt.

Die Lauffläche weist mindestens an einer Stelle eine Steigung auf. Bei Betätigung des Pedalelements werden Laufelement und Lauffläche so gegeneinander bewegt, daß das Laufelement über die Lauffläche läuft und dabei die Steigung überwindet. Da diese Bewegung nur gegen die Federkraft möglich ist, führt dies einerseits zu einer von der Federkraft und der Rampenform abhängigen Gegenkraft, die aus der Überwindung der Steigung resultiert. Andererseits kann sich je nach Ausbildung von Laufelement und Lauffläche eine Reibungskraft ergeben, die zusätzlich gegen die Bewegung des Pedalelements gerichtet ist. Diese Reibungskraft ist abhängig von der Art des Laufelements (z. B. als Gleitelement oder als Rollenelement), von den jeweiligen Materialien und von der Andruckkraft.

Die Lauffläche ist im wesentlichen als Innenfläche eines Zylinders ausgebildet. An einer Dreheinheit im Inneren des Zylinders ist das Laufelement angeordnet. Zwischen der Dreheinheit und dem Laufelement ist mindestens ein radial wirkendes Federelement vorgesehen, so daß das Laufelement gegen die Lauffläche gedrückt wird. Bezüglich des Federelements ist es ausreichend, wenn dessen Federkraft eine Teilkomponente in radialer Richtung aufweist.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die relative Position des Laufelements gegenüber der Lauffläche bei fester Position des Pedalelements einstellbar ist. Dies erfolgt durch eine Verstellung der Position der Lauffläche, während das Laufelement mit dem Pedalelement beweglich angeordnet ist.

Mit der Erfindung läßt sich eine Kraft/Weg-Kennlinie der Betätigung oder auch nur ein Abschnitt einer solchen Kennlinie auf einfache Weise sehr genau und dennoch flexibel vorgeben. Durch die Steigung der Lauffläche läßt sich ein gewünschter Kraftverlauf der Betätigung einstellen. Auch durch Reibung erzeugte Hysterese-Effekte der Kennlinie, die für den Betätigungskomfort in der Regel gewünscht sind, können gezielt eingesetzt werden.

Unter einer Steigung wird zunächst allgemein jede Form der Lauffläche verstanden, bei der zwei im Abstand angeordnete Punkte der Lauffläche auf verschiedenen Höhen (in Querrichtung zur Bewegungsrichtung des Bewegungselements) angeordnet sind, so daß das Laufelement bei der Bewegung entgegen der darauf wirkenden Kraft dem Verlauf der Lauffläche folgen muß. Hierbei kann es sich – je nach gewünschtem Kraftverlauf – um einen allmählichen Anstieg über einen längeren Wegbereich, oder um eine relativ steile, für den Benutzer exakt fühlbare Erhöhung handeln, bis hin zu einer Stufe. Im Verlauf der Lauffläche können verschiedene Bereiche mit positiver und/oder negativer Steigung vorgesehen sein.

Die Verwendung einer Zylinder-Innenfläche als Lauffläche und die Verwendung einer Dreheinheit eignen sich sehr gut für ein Fahrpedal. Da sich die Funktionseinheiten im Inneren des Zylinders befinden, kann dieser – bis auf eine Welle der Dreheinheit – abgeschlossen und gekapselt sein. Der Aufbau mittels eines Zylinders ist zudem sehr kompakt. Die Dreheinheit ist mittelbar oder unmittelbar mit einem eine Schwenkbewegung ausführenden Pedalelement gekoppelt. Das Laufelement kann allein über das Federelement mit der Dreheinheit verbunden sein; es wird aber bevorzugt, daß das Laufelement auf einer Bahn mit verschiedenen radialen Positionen geführt ist, bspw. mittels eines Schwenkelements angelenkt ist.

Durch die Verstellung ist ohne Umbau der gesamten Einheit eine leichte und genaue Einstellbarkeit einer gewünschten Kraft/Weg-Kennlinie möglich. Die Verstellung während des Betriebs der Pedaleinheit ist durch einen steuerbaren Antrieb zur Verstellung der Position der Lauffläche möglich. Durch eine solche Verstellung kommt es zu einer Verschiebung der durch die Form der Lauffläche vorgegebenen Kraft/Weg-Kennlinie. Insbesondere kommt es im Fall von zwei Bereichen unterschiedlicher Gegenkraft zur Verschiebung der Lage dieser Bereiche auf der Kraft/Weg-Kennlinie des Pedals. Durch eine Verstellung der Grenze zwischen den Bereichen kann eine sehr gut wahrnehmbare Signalisierung einer Grenze für die Pedalauslenkung an den Fahrzeugführer erfolgen. Dennoch hat der Fahrzeugführer die Wahl, diese Grenze bewußt zu überschreiten.

Bei der Lösung mittels eines Zylinders ist eine Verstellung der Position der Lauffläche sehr einfach möglich durch Verwendung eines steuerbaren Antriebs zur Drehung des Zylinders, der im übrigen bevorzugt mit dem Grundelement feststeht. Als steuerbarer Antrieb kann jede Form eines Antriebs verwendet werden, bspw. elektromotorisch, magnetisch, hydraulisch etc..

Das Laufelement kann auf verschiedene Weise auf der Lauffläche laufen. Einerseits ist ein gleitender Kontakt möglich. Bevorzugt ist das Laufelement als Abrollelement ausgebildet, das auf der Lauffläche abrollt. Hierdurch wird Reibung und Verschleiß vermindert.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Lauffläche mindestens zwei Bereiche auf, in denen eine unterschiedliche Andruckkraft auf das Laufelement wirkt. Hierbei wirkt in einem ersten Bereich eine höhere Kraft auf das Laufelement als in einem zweiten Bereich. Als Folge ergibt sich im zweiten Bereich eine höhere Reibungskraft als im ersten Bereich bei der Bewegung des Laufelements. Durch eine entsprechende Einstellung der Reibungskraft kann ein auslenkungsabhängiger Betrag der Reibungskraft gezielt vorgegeben werden, so daß eine für den Betätigungskomfort gewünschte Hysterese erzielt wird.

Bevorzugt wird die Andruckkraft durch eine Feder bereitgestellt. Wenn der zweite Bereich höher angeordnet ist als der erste Bereich, so ergibt sich die erhöhte Andruckkraft auf besonders einfache Weise durch die höhere Federspannung.

Grundsätzlich kann die Kopplung von Laufelement und Lauffläche an das Pedalelement so ausgebildet sein, daß das Laufelement mit dem Grundelement feststeht, und sich die Lauffläche bei Bewegung des Pedalelements am Laufelement vorbeibewegt. Bevorzugt wird jedoch, daß das Laufelement mit dem Pedalelement beweglich angeordnet ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind zwei Laufelemente an einer Dreheinheit vorgesehen. Die Lauffläche weist hierbei bevorzugt denselben Steigungsverlauf doppelt auf. Bevorzugt sind die Laufelemente so angeordnet, daß beide Laufelemente bei derselben Stellung der Dreheinheit jeweils auf dieselbe Steigung treffen, so daß die entstehenden Gegenkräfte sich auf beide Laufelemente verteilen und – bei Verwendung einer Dreheinheit – möglichst so diametral gegeneinander wirken, daß sie sich im Wesentlichen aufheben.

Besonders bevorzugt weist die Lauffläche eine Rampe auf, die so geformt ist, daß sich bei Überwindung der Rampe eine Kraftspitze ergibt. Unter einer Kraftspitze wird eine charakteristische Kraft/Weg-Funktion mit einem steilen Anstieg der Gegenkraft bis auf einen im Vergleich zur übrigen Pedalkennlinie hohem Wert, und danach steilem Abfall der Gegenkraft verstanden. Bevorzugt ist die Kraft am höchsten Punkt der Kraftspitze gegenüber dem Wert vor Beginn des Anstiegs um mindestens 10% höher, bevorzugt um mehr als 50%. Eine solche Kraftspitze innerhalb der Kraft/Weg-Kennlinie des Pedalelements ist für den Fahrer sehr deutlich spürbar. Der charakteristische Kraftverlauf beim Überwinden der Rampe wird – im Gegensatz zu einer allmählichen Erhöhung der Gegenkraft – sehr bewußt wahrgenommen.

Weitere Weiterbildungen sehen an sich bekannte Elemente der Pedaleinheit vor, darunter einen Sensor für die Position des Pedalelements und mindestens eine Rückholeinheit. Als Sensor kann jede Art von linearem oder rotatorischem Positionssensor verwendet werden, insbesondere Hall-Sensoren oder induktive Sensoren. Für die Rückstellung des Pedalelements sind – aus Redundanzgründen – bevorzugt zwei separate mechanische Rückholelemente vorgesehen, die bspw. als Schraubenfedern ausgebildet sein können.

Weiter wird die Aufgabe gelöst durch ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 9 mit einer oben beschriebenen Pedaleinheit mit einem steuerbaren Antrieb. Das Kraftfahrzeug weist eine Steuereinheit zur Ansteuerung des steuerbaren Antriebs auf. Wie beschrieben kann die gezielte Verstellung während des Betriebs dazu verwendet werden, den Fahrzeugführer in bestimmten Fahrsituationen gezielt aufmerksam zu machen z.B. auf eine überhöhte Geschwindigkeit.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei zeigen:

1 Eine Seitenansicht, teilweise in Schnitt, einer Ausführungsform einer Pedaleinheit in einer Leerlaufstellung;

2 in einer Seitenansicht, teilweise im Schnitt, die Pedaleinheit aus 1 in einer Vollgasstellung;

3a3c Ansichten von Querschnitten durch eine Zylindereinheit der Pedaleinheit aus 1 in verschiedenen Pedalpositionen;

4a4c Ansichten von Querschnitten durch die Zylindereinheit aus 3a bis 3c bei feststehender Pedalposition und verschiedenen Verstellpositionen;

5a5c in Diagrammform Darstellungen von Kraft/Weg-Kennlinien.

In 1 ist eine Pedaleinheit 10 in Seitenansicht dargestellt. Bei der gezeigten Ausführungsform eines hängenden Pedals ist ein Pedalelement 12 in einer Drehachse 14 drehbar an einem Grundelement 16 angebracht.

Das Grundelement 16 umfaßt eine Grundplatte 18, mit der es in einem Kfz angebracht ist (nicht gezeigt). Das Grundelement 16 umfaßt weiter ein Pedalgehäuse 20 und ein Kickdown-Schaltelement 22.

Innerhalb des Pedalgehäuses 20 befindet sich eine zwischen der Grundplatte 18 und einem Hebel 24 am Pedalelement 12 gespannte Feder 26, die als Rückholelement für das Pedalelement 12 dient.

Das Pedalelement 12 ist am Grundelement 16 in einer Betätigungsrichtung P in einem Bereich von einer in 1 dargestellten Leerlaufstellung bis in 2 dargestellten Vollgasstellung zu betätigen. Der Bewegungsbereich des Pedalelements 12 wird hierbei durch ein oberes und ein unteres Stegelement 28a, 28b am Pedalelement 12 begrenzt. In der Leerlaufstellung drückt das obere Stegelement 28a gegen ein Dämpfungselement 30 am Pedalgehäuse 20 und begrenzt so den Bewegungsbereich des Pedalelements 12. In der Vollgasstellung (2) liegt hingegen das untere Stegelement 28b am Dämpfungselement 30 an, so daß der Betätigungsbereich auch in der Vollgasstellung definiert begrenzt ist. Kurz vor Erreichen der Vollgasstellung betätigt das Pedalelement 12 den Kickdown-Schalter 22, so daß die Kickdown-Funktion ausgelöst wird.

Im Pedalgehäuse 20 ist ein induktiver Rotations-Positionssensor angeordnet (nicht dargestellt), mit dem die Position des Pedalelements 12 ermittelt und als elektrisches Signal an eine Motorsteuerung des Kfz (nicht dargestellt) übermittelt wird. Derartige Sensoren sind an sich bekannt (vgl. z. B. WO 03/038379 A1). Innerhalb des Pedalgehäuses 20 ist weiter eine Drehzylindereinheit 32 angeordnet, die von einem Elektromotor 34 über ein aus einem Schneckenritzel des Elektromotors 34 und einer Außenverzahnung der Zylinder 32 gebildetes selbsthemmendes Getriebe drehbar ist, wie im folgenden näher erläutert wird.

In 3a ist ein Teil des Pedalgehäuses 20 im Querschnitt dargestellt. Innerhalb des Pedalgehäuses 20 ist die Zylindereinheit 32 zu sehen. Sie besteht aus einem Hohlzylinder 40, in dem eine Dreheinheit 42 drehbar angeordnet ist. Die Dreheinheit 42 umfaßt eine Pedalwelle 44, die mit dem Pedalelement 12 verbunden ist und einen hieran angebrachten Federbügel 46, an dessen Enden Rollkörper 50a, 50b drehbar befestigt sind. Der Zylinder 40 verfügt über eine Innenfläche 52, die als Lauffläche ausgebildet ist. Im gezeigten Beispiel weist die Lauffläche 52 eine solche Form auf, daß diametral gegenüberliegend zwei erste, tieferliegende Bereiche 54a, 54b und zwei zweite, radial höherliegende Bereiche 56a, 56b gebildet sind. Jeweils am Übergang zwischen einem ersten Bereich 54a, 54b zum zugehörigen zweiten Bereich 56a, 56b sind Rampen 60a, 60b mit einer radialen Steigung der Innenfläche 52 angeordnet. Innerhalb der erste und zweiten Bereiche 54a, 54b, 56a, 56b weist die Innenfläche 52 im gezeigten Beispiel keine Steigung auf, sondern verläuft jeweils auf konstantem Radius.

Bei stillstehendem Ritzel 38 steht der Hohlzylinder 40, und damit auch seine Innenfläche 52 gegenüber dem Pedalgehäuse 20 fest. Die Dreheinheit 42 hingegen ist über die Pedalwelle 44 drehfest mit dem Pedalelement 12 gekoppelt, so daß sie sich bei Betätigung des Pedalelements 12 dreht.

Bei der Drehung der Dreheinheit 42 innerhalb des Zylinders 40 rollen die Rollkörper 50a, 50b auf der Innenfläche 52 des Zylinders 40 ab. Durch den Federbügel 46 werden sie gegen die Innenfläche 52 gedrückt. Zusätzlich sind die Rollkörper über Schwenkarme 51a, 51b schwenkbar an der Dreheinheit 42 angelenkt.

In den 3a bis 3c ist die Dreheinheit 42 in drei verschiedenen Positionen, entsprechend drei verschiedenen Pedalstellungen gezeigt. Hierbei entspricht 3a der in 1 gezeigten Leerlaufstellung des Pedals, 3b einer Zwischenstellung und 3c der in 2 gezeigten Vollgasstellung des Pedals. Es wird deutlich, wie die Rollkörper 50a entsprechend der Drehung der Dreheinheit 44 auf der Innenfläche 52 abrollen und mit den Schwenkarmen 51a, 51b verschwenken.

Treffen die Rollkörper 50a, 50b beim Übergang zwischen den ersten Bereichen 54a, 54b zu den zweiten, auf einem geringeren Radius verlaufenden Bereichen 56a, 56b auf die Rampen 60a, 60b, so folgt ihre Bewegung der Rampenform.

In 3b ist die Position dargestellt, bei der die Rampen 60a, 60b wirksam werden. Bei einer weiteren Drehung schwenken die Schwenkarme 51a, 51b nach innen und der Federbügel 46 wird zusammengedrückt, während die Rollkörper 60a, 60b in die zweiten Bereiche 56a, 56b rollen.

Beim Überwinden der Rampen 60a, 60b wirkt eine Gegenkraft bzw. ein gegen die Betätigung des Pedalelements 12 gerichtetes Drehmoment. Bei der dargestellten relativ steilen Form der Rampen 60a, 60b hat die Gegenkraft den Verlauf einer deutlichen Kraftspitze.

Während des Abrollens der Rollkörper 50a, 50b in den ersten Bereichen 54a, 54b und auch in den zweiten Bereichen 56a, 56b wirken außerdem Reibungskräfte der Betätigung entgegen. Die Reibungskräfte sind hierbei u. a. von der Andruckkraft abhängig. Da diese aufgrund der Federspannung in den zweiten Bereichen höher ist, ist hier auch eine erhöhte Reibungskraft spürbar.

Es sei darauf hingewiesen, daß der in 3a bis 3c gezeigte Drehwinkel aus Gründen der besseren Darstellbarkeit besonders groß gezeigt ist. In praktischen Ausführungen hat der Pedalwinkel &agr; wie in 1, 2 gezeigt, einen deutlich geringen Betrag.

In 5a ist ein Kraft/Weg-Diagramm der Betätigungsbewegung des Pedalelements 12 gezeigt. Aufgetragen ist – rein qualitativ – der Betrag einer Betätigungskraft F am Pedalelement 12 (siehe 1) gegenüber dem Pedalwinkel &agr;, ausgehend von der Leerlaufstellung.

Die Kennlinie weist eine Hysterese auf, d. h. der Kraftverlauf bei Bewegung in Betätigungsrichtung weicht von dem Verlauf bei der Rückstellbewegung ab. Ursache ist hierbei die Reibung bei der Bewegung der Rollkörper 50a, 50b über die Lauffläche 52.

Wie aus dem Kurvenverlauf erkennbar, ergibt sich in einem ersten Bereich 64 bei geringen Werten des Auslenkungswinkels &agr; zunächst eine lineare Steigung der Kraft F. Dies ist auf die Rückstellfeder 26 zurückzuführen. In diesem ersten Bereich 64 rollen die Abrollelemente 50a, 50b im ersten Bereich 54a, 54b des Zylinders 40, so daß hieraus keine zusätzliche Gegenkraft entsteht.

Ab einer Auslenkung &agr;a1 ist die in 3b gezeigte Zwischenstellung erreicht, bei der die Abrollelemente 50a, 50b an den Rampen 60a, 60b anliegen. Bei der Überwindung der Rampen 60a, 60b ergibt sich im Verlauf der Kraft/Weg-Kennlinie in 5a nun eine Kraftspitze 66, d. h. die Betätigungskraft F steigt relativ steil an und fällt nach Erreichen eines Maximalwerts ebenso steil wieder ab. Bei einer Auslenkung &agr;a2 sind die Rampen 60a, 60b überwunden.

Beim Abrollen der Rollenelemente 50a, 50b auf den höheren Bereichen 56a, 56b ist nun der Federbügel 46 stärker vorgespannt. Hierdurch ergibt sich eine deutlich höhere Andruckkraft der Rollenelemente 50a, 50b gegenüber der Lauffläche 52. Aus der erhöhten Andruckkraft resultiert auch eine erhöhte Reibung, so daß wie aus 5a ersichtlich, auch nach Überwindung der Rampen 60a, 60b (und damit der Kraftspitze 66) eine erhöhte Gegenkraft wirkt.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die Darstellungen in den 5a5c lediglich qualitativ zu verstehen sind. Der jeweilige Betrag der Reibungskräfte, und damit deren Verhältnis zu den von den Federelementen 26, 46 herrührenden Kräften können für eine spezielle Anwendung je nach Bedarf durch geeignete Auslegung und Dimensionierung der Elemente (Federkonstanten, Vorspannung, Materialien etc.) eingestellt werden.

Mit Hilfe des Elektromotors 34 ist die Lage der Kraftspitze 66 auf der Kraft/Weg-Kennlinie einstellbar. Hierzu kann über das Ritzel 38 und eine Außenverzahnung der Zylinder 40 gegenüber dem Pedalgehäuse 20 gedreht werden.

Entsprechendes ist in 4a bis 4c gezeigt, wobei das Pedalelement 12 jeweils in Leerlaufstellung ist. Während sich der Zylinder 40 in 4a in einer Grundposition befindet, ist er in 4b um einen Betrag entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, so daß sich bereits in der gezeigten Leerlaufstellung des Pedalelements 12 die Abrollelemente 50a, 50b deutlich näher an den Rampen 60a, 60b befinden. In 4c schließlich ist der Zylinder 40 noch weiter entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, so daß bereits in der gezeigten Grundstellung des Pedalelements 12 die Abrollelemente 50a, 50b nahe an den Rampen 60a, 60b sind.

Entsprechend der Verstellung des Zylinders 40 verlagert sich der durch die Form der Lauffläche 52 vorgegebene Verlauf der Kraft/Weg-Kennlinie. In 5b ist die Kraft/Weg-Kennlinie der Pedalbetätigung bei der Einstellung gemäß 4b und in 5c die Kraft/Weg-Kennlinie der Pedalbetätigung in der Position gemäß 4c gezeigt. Es ist deutlich sichtbar, daß die jeweiligen Auslenleungswinkel [&agr;b1; &agr;b2;], [&agr;c1; &agr;c2] bei denen die zugehörigen Kraftspitzen 66 liegen, gegeneinander sowie gegenüber der Grundstellung verschoben sind.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird für die Verstellung der Zylindereinheit 3z ein DC-Elektromotor 34 verwendet. Die Verwendung eines solchen preisgünstigen DC-Motors in einer Pedaleinheit kann zwar grundsätzlich problematisch sein, da bestromte DC-Motoren Kraftschwankungen (ein sog. "Rippeln") aufweisen, das für den Fahrzeugführer im Pedalelement nicht fühlbar sein sollte. Bei der beschriebenen Pedaleinheit wird der DC-Motor jedoch nur zum Verstellen der Zylindereinheit 32 verwendet und kann – bei dem bevorzugten selbsthemmenden Getriebe – im übrigen stromlos geschaltet werden, so daß sich das beschriebene Problem hier nicht stellt. Dennoch können alternativ auch andere Linearantriebe oder Rotationsantriebe verwendet werden.

Während bei der o. g. Ausführungsform ein hängendes Pedal gezeigt wurde, kann die Erfindung ohne weiteres auch auf ein stehendes Pedal übertragen werden.

In weiteren Ausführungen kann die Form der Innenfläche 52 des Zylinders 40 abweichen. Hierdurch sind andere Kraft/Weg-Kennlinien einstellbar. Bspw. kann diese über den gesamten Bereich eine (radiale) Steigung aufweisen. Es können auch mehrere Rampen vorgesehen sein.


Anspruch[de]
  1. Pedaleinheit mit

    – einem Pedalelement (12), das gegenüber einem Grundelement (16) in einer Betätigungsrichtung (P, &agr;) beweglich ist, wobei sich eine Dreheinheit (42) dreht,

    – wobei eine Lauffläche (52) vorgesehen ist, die im wesentlichen als Innenfläche eines Zylinders (40) ausgebildet ist,

    – und ein Laufelement (50a, 50b) an der Dreheinheit (42) im Inneren des Zylinders (40) angeordnet ist, das bei Betätigung des Pedalelements (12) gegenüber der Lauffläche (52) läuft,

    – wobei mindestens ein mindestens teilweise radial wirkendes Federelement (46) zwischen der Dreheinheit (42) und dem Laufelement (50a, 50b) vorgesehen ist, so daß das Laufelement (50a, 50b) und die Lauffläche (52) zueinander durch eine quer zur Laufrichtung wirkende Kraft beaufschlagt sind,

    – und wobei die Lauffläche (52) mindestens an einer Stelle (60a, 60b) eine Steigung aufweist, und bei der Betätigung des Pedalelements (12) das Laufelement (50a, 50b) und die Lauffläche (52) so gegeneinander bewegt werden, daß das Laufelement (50a, 50b) entgegen der Kraft der Steigung folgt,

    dadurch gekennzeichnet, daß

    – die relative Position des Laufelements (50a, 50b) gegenüber der Lauffläche (52) bei im übrigen fester Position des Pedalelements (12) mittels eines steuerbaren Antriebs (34) zur Drehung des Zylinders (40) einstellbar ist.
  2. Einheit nach Anspruch 1, bei der

    – die Lauffläche mindestens einen ersten Bereich (54a, 54b) und einen zweiten Bereich (56a, 56b) aufweist,

    – wobei im zweiten Bereich (56a, 56b) eine höhere Kraft auf das Laufelement (50a, 50b) wirkt als im ersten Bereich (54a, 56b),

    – so daß sich im zweiten Bereich (56a, 56b) eine höhere Reibungskraft ergibt als im ersten Bereich (54a, 54b).
  3. Einheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der

    – das Laufelement (50a, 50b) mit einem Schwenkelement (51a, 51b) an der Dreheinheit (42) geführt ist.
  4. Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der

    – das Laufelement als Abrollelement (50a, 50b) ausgebildet ist, so daß es beim Laufen auf der Lauffläche (52) abrollt.
  5. Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der

    – zwei Laufelemente (50a, 50b) an oder Dreheinheit (42) angeordnet sind, wobei beide Laufelemente (50a, 50b) auf der Lauffläche (52) laufen.
  6. Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der

    – die Lauffläche (52) eine Rampe (60a, 60b) aufweist, die so ausgebildet ist, daß sich beim Laufen des Laufelements (50a, 50b) über die Rampe (60a, 60b) eine Kraftspitze (66a, 66b, 66c) ergibt.
  7. Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der

    – ein Sensor für die Position des Pedalelements (12) gegenüber dem Grundelement (16) vorgesehen ist.
  8. Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der

    – mindestens ein Rückholelement (26) zur Rückstellung des Pedalelements (12) entgegen der Betätigungsrichtung (P, &agr;) vorgesehen ist.
  9. Kraftfahrzeug mit

    – einer Pedaleinheit (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,

    – und einer Steuereinheit zur Ansteuerung des steuerbaren Antriebs (34).
Es folgen 7 Blatt Zeichnungen






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