-
Die
Erfindung betrifft eine Fahrpedalvorrichtung.
-
Fahrpedale
werden in Kraftfahrzeugen als Steuerelement für die Motorleistung eingesetzt.
Ein Pedalelement ist gegenüber
einem Grundelement schwenkbar angeordnet. Es ist eine Rückstellvorrichtung, üblicherweise
mit mindestens zwei Federn, vorgesehen, um das Pedal in eine Grundstellung
(Leerlaufstellung) zu bewegen. Gegen die Kraft der Rückstelleinrichtung
kann das Pedalelement in einer Betätigungsrichtung bis zu einer
Vollgasstellung verschwenkt werden.
-
Für Fahrzeuge
mit Automatikgetrieben ist eine sog. Kickdown-Vorrichtung bekannt,
bei der ab einer Kickdown-Betätigungsstellung
(die nahe der Vollgasstellung liegt) eine zusätzliche Gegenkraft der Betätigung entgegen
wirkt. Diese zusätzliche
Kraft wirkt in Form einer überwindbaren
Kraftspitze, die für den
Benutzer einen fühlbaren
Schaltpunkt definiert.
-
In
Drive-By-Wire-Systemen ermittelt ein Sensor die Stellung des Pedalelements
gegenüber dem
Grundelement und liefert einen elektrisch auslesbaren Sensorwert.
-
In
der
DE 102 35 697
A1 ist eine Fahrpedalvorrichtung beschrieben. Es handelt
sich um ein hängendes
Pedal, bei dem ein Pedalarm mit einer daran angeordneten Pedalplatte
in einem Gehäuse schwenkbar
gelagert ist. Ein induktiver Sensor ist vorgesehen und erfaßt die Stellung
eines sich auf einer Kreisbahn bewegenden Koppelelements am Pedalarm
gegenüber
einem Schaltungsträger
am Gehäuse.
Das Gehäuse
umfaßt
ein Gehäuseunterteil und
ein haubenartig ausgebildetes Gehäuseoberteil. Das Schwenklager
zwischen Pedalarm und Gehäuse ist
nicht näher
beschrieben.
-
In
der
DE 100 31 097
C1 sind ein Verfahren sowie Vorrichtungen zur Erzeugung
von Kick-Down-Signalen dargestellt. Bei Betätigung eines Magnetelements
durch ein Fahrpedalelement wird eine Kick-Down-Kennlinie erzeugt.
Eine entsprechende Kick-Down- Geber-Einrichtung
weist eine Scheibe auf, an der ein Permanentmagnetelement haftet.
Ein Stößelelement
wird in entsprechender Pedalstellung aktiv und drückt so gegen
das Magnetelement, dass sich dieses von der Scheibe löst. Hierdurch
kann ein vorteilhafter Kraftverlauf erzielt werden.
-
In
der
DE 102 17 050
A1 ist ein Fahrpedal mit einem Kickdown-Schalter beschrieben.
Ein Pedalarm kann entgegen einer Federkraft aus einer Ruhestellung
bis in eine Vollgasstellung verschwenkt werden. Bei Überwindung
einer zusätzlichen
Kraftschwelle des Kickdown-Schalters ist er weiter in eine absolute
Endstellung schwenkbar, wobei der Kickdown-Schalter ein Signal erzeugt.
Der Schalter weist einen Dauermagneten auf, durch dessen Magnetkraft
ein magnetisch leitendes Bauteil in Anlage an einem Rückschlußelement
haltbar ist. Am Rückschlußelement
kann ein Hall-Element angeordnet sein, das bei Annäherung oder
Entfernung eines magnetisch leitenden Teils, das das Hall-Element
beeinflussende Magnetfeld ändert,
ein Signal auslöst.
-
In
der
US 57 74 042 A ist
eine Fahrpedalvorrichtung mit einem Kickdown-Element als taktilem Positionsanzeiger
offenbart. In einer als vorbekannt beschriebenen Ausführung umfaßt die Kickdown-Einheit
eine schwenkbar angeordnete Platte mit einem Betätigungszapfen, der durch die Öffnung eines
Ringmagneten hindurch hervorsteht. Bei der Betätigung gelangt die Rückseite
eines Pedalarms in Eingriff mit dem Betätigungszapfen und löst durch Einwirkung
auf diesen die Platte vom Magneten.
-
In Übereinstimmung
mit dem Erfindungsgegenstand weist die oben genannte Druckschrift
damit die folgenden Merkmale einer Fahrpedalvorrichtung auf:
- – ein
Grundelement und ein Pedalelement, wobei das Pedalelement gegenüber dem
Grundelement schwenkbar angeordnet ist
- – ein
Kickdown-Element, das bei einer Kickdown-Betätigungsstellung des Pedalelements
zu einer gegen die Betätigung
gerichteten Gegenkraft in Form einer Kraftspitze führt,
- – wobei
das Kickdown-Element einen Hebel und eine Schwenkachse umfasst
- – und
ein gegenüber
der Schwenkachse feststehendes Magnetelement vorgesehen ist, das
an einer Magnetkontaktstelle mit dem Hebel zusammenwirkt,
- – wobei
sich beim Schwenken des Hebels die Magnetkontaktstelle des Hebels
von dem Magnetelement entfernt.
-
Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Fahrpedalvorrichtung vorzuschlagen,
bei der kostengünstig und
einfach eine gut fühlbare
Kickdown-Schwelle erzielt wird.
-
Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Fahrpedalvorrichtung nach Anspruch 1. Abhängige Ansprüche beziehen
sich auf vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Fahrpedalvorrichtung
ist ein Kickdown-Element vorgesehen. Dieses ruft in der Kraft-Weg-Kennlinie
der Fahrpedalvorrichtung eine gegen die Betätigung gerichtet Gegenkraft
in Form einer Kraftspitze hervor. Unter einer Kraftspitze wird eine
solche Kraft verstanden, die bis zu einer Schaltschwelle ansteigt
und bei Betätigung darüber hinaus
wieder geringer wird.
-
Das
erfindungsgemäße Kickdown-Element umfaßt eine
Wippe mit mindestens einem ersten Hebel, einem zweiten Hebel und
einer Schwenkachse. Ein Magnetelement wirkt mit einer Magnetkontaktstelle
mit dem ersten Hebel zusammen. Das Kickdown-Element ist so angeordnet, daß in der
Kickdown-Betätigungsstellung
der zweite Hebel mit einem Gegenelement in Eingriff tritt. Bei weiterer
Bewegung wirkt das Gegenelement auf den zweiten Hebel. Eine weitere
Betätigung
in Betätigungsrichtung ist
dann nur bei einem Schwenken der Wippe möglich.
-
Beim
Schwenken der Wippe trennt sich allerdings die Magnetkontaktstelle
des ersten Hebels von dem Magnetelement. Die vom Magnetelement auf den
ersten Hebel wirkende Anziehungskraft wirkt der weiteren Bewegung
so entgegen. Nach Abheben der Ma gnetkontaktstelle vom Magnetelement
verringert sich diese Kraft jedoch schnell, so daß die gewünschte Kraftspitze
(Überwindung
der Schaltschwelle) spürbar
ist. Mit der erfindungsgemäßen Konstruktion können die
benötigten
Kräfte
sehr genau eingestellt werden. Die Verwendung zweier Hebelarme erlaubt es, über das
Hebelverhältnis,
je nach Anwendungsfall eine Verstärkung oder Abschwächung der
Kraft zu erreichen. Die Vorrichtung ist besonders einfach ausgebildet,
da bei nachlassender Betätigung
die Wippe durch das Magnetelement zurückgestellt wird und eine separate
Rückstellfeder
nicht erforderlich ist.
-
Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Verstärkung der Magnetkraft durch
die Hebelwirkung. Hierfür
ist die effektive Hebellänge
des zweiten Hebels (Abstand zwischen Einwirkungsstelle des Gegenelements
auf den Hebel und der Achse) geringer als die effektive Länge des
ersten Hebels (Abstand zwischen Magnetkontaktstelle und Achse). Der
so zu messende Abstand wird im Fall flächiger Einwirkung so bemessen,
daß ein
effektiver Einwirkungspunkt bestimmt wird (Die Einwirkung der gesamten
Kraft nur an diesem Punkt hätte
dasselbe Drehmoment zur Folge wie die über die gesamte Fläche einwirkende
tatsächliche
Kraft).
-
Durch
diese Verstärkung
der Kraftwirkung können
erhebliche Kräfte,
wie sie für
die gute Spürbarkeit
der Schaltschwelle in Fußpedalen
erforderlich sind, bereits mit kleineren Magnetelementen erzielt werden.
-
In
einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Hebel als flache Elemente
ausgebildet. Bevorzugt ist die Wippe mit den beiden Hebeln einstückig. Die
gesamte Wippe kann als flaches, bevorzugt gebogenes Element ausgebildet
sein.
-
Um
die Kraftwirkung zu verstärken
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, am ersten Hebel die Magnetkontaktstelle
bezüglich
des magnetischen Flusses innerhalb des Materials vom Rest des Hebels
abzusetzen. Hierfür
ist vorgesehen, daß der
erste Hebel mindestens einen Bereich aufweist, in dem die Querschnittsfläche kleiner
ist als die Querschnittsfläche an
der Magnetkontaktstelle. Bevorzugt ist die Querschnittsfläche an dieser
Stelle, die zwischen der Magnetkontaktstelle und der Achse angeordnet
ist, erheblich kleiner, bevorzugt weniger als die Hälfte der Querschnittsfläche der
Magnetkontakt stelle. Eine derartige Verringerung des Querschnitts
kann bevorzugt durch die Ausbildung mindestens eines Fensterbereiches
am ersten Hebel erzielt werden. Durch die Verringerung des Querschnitts
wird eine Konzentration des magnetischen Flusses innerhalb des Hebels erzielt
und so die Kraft maximiert.
-
Es
ist einerseits möglich,
daß das
Kickdown-Element am Grundelement feststeht und ein Gegenelement
des Pedalelements hiermit in Einwirkung tritt. Ebenso ist es aber
möglich,
daß das
Kickdown-Element am Pedalelement angeordnet ist, und mit einem Gegenelement
am Grundelement in Einwirkung tritt.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
in einer Nicht-Betätigungsstellung
die Magnetkontaktstelle der Wippe nahe am Magnetelement angeordnet
(bevorzugt liegt sie auf). In einer Betätigungsstellung hingegen ist
die Magnetkontaktstelle von dem Magnetelement abgehoben. Auf diese
Weise wird die gewünschte
Kraftspitze erzielt, da die Haltekraft des Magnetelements auf die
Magnetkontaktstelle im geringeren Abstand erheblich größer ist
als im abgehobenen Zustand.
-
Bevorzugt
ist eine Magnetfeldsensorvorrichtung vorgesehen, um die Aktivierung
oder Nicht-Aktivierung des Kickdown festzustellen. Die Magnetfeldsensorvorrichtung – bspw.
ein Hall-Sensor – erfaßt die magnetische
Feldstärke
und liefert ein Schaltsignal in Abhängigkeit von der erfaßten Feldstärke. Das
Schaltsignal zeigt eine Betätigung
oder Nicht-Betätigung
des Kickdown-Elements an. Dies wird erreicht, indem die Leitung
des magnetischen Flusses durch die Magnetkontaktstelle genutzt wird. Je
nach deren Stellung relativ zur Magnetfeldsensorvorrichtung ändert sich
so die von diesem beobachtete magnetische Feldstärke.
-
Bevorzugt
ist die Magnetkontaktstelle mit mindestens einem Teil in einer der
beiden Stellungen näher
an der Magnetfeldsensorvorrichtung angeordnet als in der anderen
Stellung, so daß es
in der ersten Stellung das Magnetfeld konzentriert und so die Feldstärke erhöht, während in
der zweiten Stellung lediglich das Streufeld des Magnetelements
wirkt. Für
die Schaltwirkung der Magnetfeldsensorvorrichtung kann dies ausge nutzt
werden, je nach deren Anordnung. Ist sie in der Nicht-Aktivierungsstellung
näher an
der Magnetkontaktstelle, so führt
ein im Vergleich mit einer Schwelle niedrigerer Wert zu einer Signalisierung
der Betätigung
des Kickdown-Elements, sonst ein höherer Wert.
-
Mit
einer solchen Vorrichtung wird auf einfache, sichere Weise die Betätigung des
Kickdown-Elements ermittelt. Das bereits vorhandene Magnetelement
kann so zusätzlich
ausgenutzt werden. Die Anordnung der Magnetfeldsensorvorrichtung
ist relativ unkritisch, da es nicht um eine exakte Messung der magnetischen
Feldstärke,
sondern lediglich um eine Unterscheidung zwischen Streufeld und
geleitetem Magnetfeld geht. Eine geeignete, sichere Schaltschwelle
kann so einfach eingestellt werden.
-
Die
vorhergehend dargestellten Aspekte können jeweils separat vorliegen.
Ebenso sind sie aber vorteilhaft kombinierbar. Für alle Varianten können zusätzliche
Elemente an der Fahrpedalvorrichtung vorgesehen sein. So ist bevorzugt
innerhalb des Gehäuses
ein Sensor, besonders bevorzugt ein induktiver Sensor zur Erfassung
eines bogenförmigen Wegs
vorgesehen, um die Position des Pedalelements zu erfassen. Das Pedal
kann als hängendes oder
als stehendes Pedal ausgebildet sein.
-
Nachfolgend
wird eine Ausführungsform
der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen
zeigen:
-
1 eine
perspektivische Ansicht einer Fahrpedalvorrichtung;
-
2 eine
Seitenansicht eines geöffneten Gehäuses der
Vorrichtung aus 1 in einer ersten Stellung;
-
3 eine
Seitenansicht eines geöffneten Gehäuses der
Vorrichtung aus 1 in einer zweiten Stellung;
-
4 in
einer perspektivischen Ansicht eine Explosionsdarstellung von Elementen
der Fahrpedalvorrichtung aus 1;
-
5 eine
Schnittansicht entlang der Schnittlinie A..A in 2;
-
6 eine
schematische Darstellung des Verlaufs einer Betätigungskraft F über einen
Betätigungswinkel α;
-
7 eine
perspektivische Darstellung einer Wippe eines Kickdown-Elements
des Pedals aus 1 und
-
8 in
perspektivischer Ansicht die Anordnung der Wippe aus 7 zu
einer Leiterplatte.
-
Die
in 1 dargestellte Fahrpedalvorrichtung weist ein
Gehäuse 12 (Grundelement)
auf, an dem Befestigungsöffnungen
zum Einbau in ein Kfz sowie ein Steckergehäuse 15 für den elektrischen Anschluß dort vorgesehen
sind. Am Gehäuse 12 ist ein
Pedalelement 14 aus einem Pedalarm 16, der ebenso
wie das Gehäuse
aus Kunststoff besteht, und einer Pedalplatte 18 schwenkbar
befestigt.
-
Der
innere Aufbau des Gehäuses 12 ist
aus 2 bis 5 erkennbar. Der Pedalarm 16 umfaßt eine
Führungsbuchse 20,
eine Reibvorrichtung 22, einen Sensorträger 24 und ein Kickdown-Element 26.
-
Ein
Sensor für
die Stellung des Pedalelements
14 ist gebildet durch ein
induktives Koppelelement in Form eines Schwingkreises, das am Sensorträger
24 angeordnet
ist. Ein Spulenschaltkreis
28 ist am Gehäuse
12 befestigt.
Der induktive Sensor arbeitet nach der in
WO 03/038 379 A1 beschriebenen Arbeitsweise.
Die ermittelte Position wird als Ausgangssignal über den Stecker
15 abgegeben.
-
Zwischen
dem Gehäuse 12 und
dem Pedalarm 16 ist eine Federeinheit 30 vorgesehen.
Die Federeinheit 30 besteht aus zwei konzentrisch angeordneten
Schraubendruckfedern, zwischen denen ein Trennkörper zur Vermeidung von Kontakt
zwischen den Federn angeordnet ist (nicht dargestellt). Die Federeinheit 30 wirkt
auf einen Federteller 32 der Reibvorrichtung 22 und
spannt diese so vor, daß sich durch
Einklemmung an der Führungsbuchse 20 eine Reibkraft
im Gelenk ergibt, die zu einer Bewegungshysterese führt.
-
Das
Gehäuse 12 ist
gebildet aus einem kastenförmigen
Gehäuseunterteil 12a und
einem darauf angeordneten deckelartigen Gehäuseoberteil 12b. Der
Gehäusedeckel 12b weist
Rastvorrichtungen zum Einrasten am Gehäuseunterteil 12a auf.
Beide Gehäuseteile,
wie in 4 dargestellt, sind jeweils einstückig aus
Kunststoff ausgebildet.
-
An
beiden Gehäuseteilen 12a, 12b ist
einstückig
ein unterer Zapfenteil 32a (am unteren Gehäuseteil 12a)
bzw. ein oberer Zapfenteil 32b (am Gehäusedeckel 12b, in 4 verdeckt)
angeordnet. Durch die Zapfenteile 32a, 32b wird
ein Zapfen 32 gebildet, der innerhalb der Führungsbuchse 20 angeordnet
ist. Aus dem Zapfen 32 und der Führungsbuchse 20 ist
ein Gelenk 34 zum Schwenken des Armes 16 gebildet.
Eine Befestigungsschraube 36 ist vorgesehen, um die Zapfenteile 32a, 32b und
damit die Gehäuseteile 12a, 12b im
Bereich des Gelenks 34 zu verbinden.
-
Die
Pedalvorrichtung 10 verfügt über eine Magnet-Kickdown-Vorrichtung 26.
Diese ist – bezüglich des
Gelenks 34 – am
kürzeren
Ende des Pedalhebels 16 angeordnet. Sie umfaßt eine
Wippe 52, die in 7 noch einmal
separat dargestellt ist.
-
Die
Wippe 52 umfaßt
eine Achse 54 und einen kurzen Hebel 56 sowie
einen langen Hebel 58. An der Achse 54 ist die
Wippe 52 am Ende des Pedalarms 16 schwenkbar gelagert.
Der kurze Hebel 56 steht vom Ende des Pedalarms 16 vor.
-
Am
Pedalarm 16 ist ein starkes Permanentmagnetelement 60 angeordnet,
das sich gegenüber dem
Ende des langen Hebels 58 befindet. Die Wippe 52 besteht
aus magnetisierbarem Stahlmaterial, so daß eine am Ende des langen Hebels 58 gebildete Kontaktfläche 62 mit
dem Permanentmagneten 60 so zusammenwirkt, daß sich eine
starke Anziehungskraft ergibt. Diese Anziehungskraft ist am stärksten, wenn
sich die Kontaktfläche 62 in
der in 3 dargestellten Grundstellung besonders nah am
Magnetelement 60 befindet oder wie vorliegend sogar direkt aufliegt.
In dieser Grundstellung, die die Wippe über fast den gesamten Bewegungsbereich
des Pedalarms 16 einnimmt, steht das Ende des kurzen Hebels 56 innerhalb
des Gehäuses 12 frei
vor.
-
In 6 ist
schematisch der Verlauf der notwendigen Betätigungskraft F auf die Pedalplatte 18 über deren
Betätigungsweg
(bzw. Winkel) α dargestellt.
Die notwendige Betätigungskraft
F steigt mit stärkerer
Betätigung
entsprechend der gestrichelt dargestellten Federkennlinie des Federelements 30 an.
Aufgrund der Reibung ist die tatsächlich benötigte Kraft (durchgezogene
Linie) noch etwas höher
(Hysterese).
-
Ab
einer Betätigungsstellung αKD sorgt
das Kickdown-Element für
eine Kraftspitze 64. Hierbei trifft, wie in 2 gezeigt,
das freie Ende des kurzen Hebels 56 auf ein am Ge häuse 12 feststehendes
Gegenelement 66. Eine weitere Bewegung des Pedalhebels 16 ist
dann nur möglich,
wenn sich die Wippe 52 so dreht, daß der kurze Hebel einschwenkt.
Dafür aber
muß sich
der lange Hebel 58 mit seiner Kontaktfläche 62 vom Magnetelement 60 lösen. Hierfür wird eine
stark erhöhte
Kraft benötigt,
die zur Kraftspitze 64 führt. Denn einerseits ist die
auf den Hebel 58 wirkende Magnetkraft wegen des unmittelbaren
Aufliegens sehr hoch. Andererseits ergibt sich an der Wippe 52 zwischen
dem kurzen Hebel 56 und dem langen Hebel 58 ein
Hebelverhältnis,
das die Kraft wiederum deutlich erhöht. Der Einwirkungspunkt auf
den kurzen Hebel (freies Ende) ist der Achse 54 deutlich näher als
ein mittlerer, effektiver Krafteinwirkungspunkt an der Kontaktfläche 62.
-
Nach Überwindung
der Abreißkraft
entfernt sich die Kontaktfläche 62 von
Magnetelement 60 und die benötigte Kraft sinkt ab, so daß es zur
Ausbildung der charakteristischen Kraftspitze 64 (6)
kommt.
-
Um
eine besonders starke Kraftwirkung auf die Kontaktfläche 62 zu
erhalten, ist diese durch einen Fensterbereich 68 vom Rest
der Wippe 52 abgetrennt. Durch die Verringerung des Querschnitts
an dieser Stelle wird der magnetische Fluß innerhalb der Wippe 52 auf
die Kontaktfläche 62 konzentriert
und im übrigen
Teil der Wippe 52 verringert. Durch die Erhöhung der
magnetischen Flußdichte
wird – solange die
Sättigung
nicht erreicht ist – die
Kraftwirkung erhöht.
So kann bereits mit einem relativ kleinen Magnetelement 60 eine
gut wahrnehmbare Kraftspitze 64 erzielt werden.
-
Der
Schaltzustand des Kickdown-Elements wird durch einen Magnetschalter 70 auf
der Leiterplatte 28 ermittelt und als separates elektrisches
Signal am Stecker 15 bereitgestellt.
-
Wie
in 8 gezeigt, weist die Wippe 52 an der
Magnetkontaktfläche 62 einen
Vorsprung 72 auf, der der Führung und Konzentration des
magnetischen Flusses dient. Dieser Vorsprung 72 ist, wie
aus 8 erkennbar, in der Grundstellung unmittelbar neben
dem Magnetschalter 70 angeordnet. In dieser Stellung ergibt
sich am Ort des Magnetschalters eine relativ hohe magnetische Feldstärke. Ist
jedoch wie in 8 dargestellt die Kontaktfläche 62 vom
Magnetelement 60 abgehoben, so wirkt im Bereich des Magnetschalters 70 lediglich
das Streufeld des Magnetelements 60 mit einer erheblich
geringeren Feldstärke.
-
Anhand
der Änderung
der Feldstärke
kann der nach dem Hall-Prinzip arbeitende Magnetschalter 70 anhand
einer Schaltschwelle sicher zwischen dem Zustand mit nicht aktiviertem
Kickdown (α < αKD, siehe 3)
und dem Zustand mit aktiviertem Kickdown (α > αKD, siehe 2) unterscheiden.