DE102008038808A1

DE102008038808A1 - Fußpedalmodul

Info

Publication number: DE102008038808A1
Application number: DE102008038808A
Authority: DE
Inventors: Werner Beck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-08-13
Filing date: 2008-08-13
Publication date: 2010-02-25
Also published as: US8312789B2; US20100037726A1

Abstract

Fußpedalmodul (1) mit einem Gehäuse (3), einem Rotor (11), einem Fußpedal (15), Federn (17, 19, 31) und einer Leiterplatte (33), dadurch gekennzeichnet, dass - das Gehäuse (3) einen Zapfen (5), einen Außenring (29) und eine Abdeckung (39) zur Lagerung und zum Schutz des Rotors (11) aufweist, - der Rotor (11) mit einer Buchse (7), einem Mitnehmer (9), einem Hebelarm (13), zwei Haptikfedern (17, 19), zwei Bedämpfungselementen (21, 23) und einem Antriebselement (27) verbunden ist, - die Leiterplatte (33) Spulenarrays (25) in Form von Flachspulen trägt, die den Bedämpfungselementen (21, 23) gegenüberliegen, und - das Fußpedal (15) über ein Kugelgelenk (35) und eine Pfanne (37) mit dem Hebelarm (13) der Buchse (7) verbunden ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fußpedalmodul nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik ist u. a. ein System gemäß DE 10 2005 061 277 A1 bekannt, von dem die Erfindung ausgeht. Es handelt sich um ein Fahrpedal für ein Kraftfahrzeug mit folgenden Bestandteilen:

– mit einem Basisteil zur festen Anordnung im Kraftfahrzeug,
– einem Pedalteil, das gegenüber dem Basisteil um eine Pedal-Schwenkachse schwenkbar ist,
– einem induktiven Sensor zur Ermittlung der Stellung des Pedalteils, mit einem am Basisteil angeordneten Spulenschaltkreis mit mindestens einer Sensorspule und mindestens einer Empfangsspule, und mit einem Koppelelement, das sich bei Bewegung des Pedalteils vor dem Spulenschaltkreis bewegt,
– mit einem Hebelelement, das am Basisteil an einem Achsteil um eine Hebel-Schwenkachse schwenkbar gelagert und mit dem Pedalteil so gekoppelt ist, dass das Hebelelement bei Bewegung des Pedalteils gegenüber dem Basisteil verschwenkt,
– wobei die Pedal-Schwenkachse im Abstand parallel zur Hebel-Schwenkachse angeordnet ist und wobei das Koppelelement an dem Hebelelement befestigt ist.

Weiterhin ist aus der DE 20 2004 004 454 U1 eine Fahrpedalvorrichtung für Fahrzeuge bekannt. Sie ist insbesondere für Personenkraftwagen bestimmt und setzt sich zusammen aus

– einem Fahrpedalmodul, bei dem ein Fahrpedalelement und ein Grundplattenelement in wenigstens einem Drehpunkt relativ zueinander bewegbar sind,
– einer linearen Weggebereinheit, bei der zwei Segmente relativ zu einander bewegbar sind,
– wobei das eine Segment am Fahrpedalelement und das andere Segment am Grundplattenelement angeordnet und in Form eines Teilkreises ausgebildet ist,
– wobei in dem einen Segment als bewegliches Teil ein Torquemotorschiebeteil mit mehreren hintereinander liegenden Permanentmagneten und in dem anderen Segment als stationäres Teil ein Torquemotorstatorteil mit mehreren hintereinander liegenden Feldwicklungen angeordnet ist,
– und wobei in dem einen Segment zusätzlich zu den Permanentmagneten ein Resonanzschaltkreis mit wenigstens einer Kapazität und wenigstens einer Induktivität eines Sensors angeordnet sind und im anderen Segment zusätzlich zu den Feldwicklungen wenigstens drei Spulen eines Spulenschaltkreises des Sensors angeordnet sind.

Ferner ist aus der DE 20 2004 004 457 U1 eine Fahrpedalvorrichtung für Fahrzeuge bekannt. Die Vorrichtung weist wenigstens einen Sensor und ein Fahrpedalmodul auf, das wenigstens ein Fahrpedalelement enthält. Mit dem Fahrpedalelement wird bei einer Bewegung zwischen einer Nicht-Betätigungsstellung und einer Betätigungsstellung ein Resonanzschaltkreis so verschoben, dass ein der Bewegung entsprechendes Signal generiert wird. Der Resonanzschaltkreis enthält wenigstens eine Kapazität und wenigstens eine Induktivität und ist über einen Spulenschaltkreis mit wenigstens drei Spulen des Sensors verschiebbar.
Aus der DE 102 55 712 A1 ist eine weitere Fahrpedaleinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt. Sie umfasst einen kontaktlosen Linearsensor, der ein Cursorelement und ein Statorelement aufweist. Der Linearsensor ist mit einem Fahrpedalhebel so verbunden, dass das Cursorelement über ein Mitnehmerelement spielfrei an den Fahrpedalhebel gekoppelt ist.
Schließlich ist aus der DE 101 33 194 A1 ein Fahrpedaleinrichtung zum Einstellen der Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges bekannt mit

– einer Fahrpedalplatte
– mindestens einer Feder, die eine Rückstellkraft auf die Fahrpedalplatte ausübt,
– einem Verbindungselement, das die Bewegung der Fahrpedalplatte auf die Feder überträgt,
– zumindest einem Sensor, der ein von der Betätigung der Fahrpedalplatte abhängiges Signal erzeugt und der ein linearer Wegsensor ist,
– einem Reibelement zur Erzeugung einer Krafthysterese bei Betätigung der Fahrpedalplatte, wobei das Verbindungselement durch eine (vorzugsweise rechtwinklig) abgewinkelte Anformung an einem Gehäuse geführt ist und die Bewegung der Fahrpedalplatte umlenkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fußpedalmodul zu entwickeln, das ebenfalls auf induktiver Sensorik basiert und das bei einfacher Herstellung des Moduls die Winkelstellung des Fußpedals präzise überträgt.
Diese Aufgabe wird durch ein Fußpedalmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Im Unterschied zum Stand der Technik wird nicht die Umfangsfläche des Hebelelements oder Rotors, sondern eine Stirnfläche des Rotors zur Anbringung des Koppelelements oder zur Anbringung der Betätigungselemente genutzt. Dadurch kann die geometrische Form der Betätigungselemente – unter Vermeidung einer störungsanfälligen Abstandsabhängigkeit – wesentlich leichter an die Form des Spulenarrays angepasst werden. Der gattungsbildende Stand der Technik DE 10 2005 061 277 A1 beschreibt diese Schwierigkeit wie folgt: „Der Spulenschaltkreis kann – entsprechend der vom Koppelelement beschriebenen leicht bogenförmigen Bahn – eine Krümmung aufweisen. Bevorzugt ist aber, dass der Spulenschaltkreis gerade ist, bspw. als herkömmliche Leiterplatte. Die Herstellung ist dann besonders einfach und kostengünstig. Zwar ergibt sich durch die leicht bogenförmige Bahn ein variabler Abstand des Koppelelements über dem Spulenschaltkreis. Das Auftreten von Messfehlern hierbei kann aber vermieden werden, wenn ein in dieser Hinsicht robuster induktiver Sensor, wie er bspw. in der WO-A-03/038379 beschrieben ist, verwendet wird. Im übrigen ist es auch möglich, evtl. Messfehler durch entsprechende Kalibrierung zu minimieren.”
Die Erfindung benutzt keine dieser drei Alternativen (mitgekrümmter Spulensensor, robuster Flachsensor, kalibrierter Flachsensor), sondern ein flaches Betätigungselement gegenüber einer flachen Leiterplatte als Spulenträger. Auf diese Art werden sowohl die herstellungstechnisch schwierigen Krümmungen als auch die Maßnahmen zur Vermeidung der Messfehler vermieden.
Die Erfindung wird anhand der 1 bis 4 beispielhaft erläutert. Es zeigt
1 ... eine Schnittansicht durch ein Fußpedalmodul nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ... eine linke Seitenansicht des Fußpedalmoduls gemäß 1;
3 ... eine rechte Seitenansicht des Fußpedalmoduls gemäß 1; und
4 ... eine perspektivische Ansicht, teilweise geschnitten, des Fußpedalmoduls nach den 1 bis 3.
Das Fußpedalmodul 1 ist durch ein Gehäuse 3 geschützt, mit dem oder in das ein Zapfen 5 integriert ist. Auf diesem gehäusefesten Zapfen 5 ist eine Buchse 7 gelagert, die bei der Montage auf den Zapfen 5 aufgesteckt wird. Die Buchse 7 beinhaltet (i) einen Mitnehmer in Form eines Antriebselements 27 zur Mitnahme eines Rotors 11 sowie (ii) einen Hebelarm 13, über den der zu messende Weg präzise von einem Fußpedal 15 auf den Rotor 11 übertragen wird.
Angetrieben wird die Buchse 7 also vom Fußpedal 15 her. Der Benutzer übt beim Gasgeben eine Druckkraft auf das Fußpedal 15 aus. Diese Kraft wird über ein Kugelgelenk 35 (Einzelheiten s. 4) an eine Pfanne 37 und über diese Pfanne 37 an den Hebelarm 13 der Buchse 7 weitergeben. Über vorgespannte Federn 17 und 19 erfährt der Benutzer den gewohnten Widerstand beim Ausüben der Druckkraft auf das Fußpedal 15. Das genannte Antriebselement 27 (s. 2 und 4) bewegt dann den Rotor 11, der seinerseits auf einem Außenring 29 des Gehäuses 3 rotiert (s. 4), und zwar genau entsprechend der Auslenkung des Fußpedals 15 rotiert. Mit Hilfe eines Spulenarrays 25 wird letztlich aus dieser Auslenkung ein elektrisches Signal generiert.
Wie aus den 1, 2 und 4 ersichtlich ist, wird der Rotor 11 auf das Gehäuse 3 aufgesetzt und über das Antriebselement 27 formschlüssig angetrieben. Um eine relativ spielfreie Befestigung des Rotors 11 zu gewährleisten, wird auf dem Gehäuse 3 der Außenring 29 angeformt. Zusätzlich kann zwischen dem Außenring 29 des Gehäuses 3 und dem Rotor 11 eine (nicht dargestellte) Rückstellfeder sitzen, die bei einem Bruch des Antriebselements 27 oder einer anderen Stelle der Kraftübertragungskette sofort dazu beiträgt, dass der Rotor 11 in eine bestimmte Position fällt, die von der Spulendetektion her eindeutig einem Fehler zugeordnet werden kann.
Die genannten haptischen Federn 17, 19 sind doppelt ausgelegt aus Gründen der betriebssicheren Redundanz. Sie definieren den mechanischen Widerstand, den der Benutzer des Fußpedals 15 beim Betätigen erfährt, d. h. sie geben dem Benutzer eine haptische Rückmeldung.
Die Federn 17, 19 sind so ausgelegt, dass sich die Kraft auf beide gleichmäßig verteilt in einem Verhältnis von etwa 50:50. Sollte eine der Federn 17, 19 brechen, so bemerkt der Benutzer einen Widerstandsverlust, der ihm signalisiert, dass eine der Federn 17, 19 nicht mehr funktionsfähig ist, aber die Anlage funktioniert immer noch.
Bei einer Abweichung von dem Kraftverhältnis 50:50, beispielsweise bei einer Kraftverteilung von etwa 20:80, würde der Benützer einen Wegfall der stärkeren Feder zwar stärker wahrnehmen, jedoch könnte im Gegenzug ein ungeübter Benützer oder Fahranfänger einen Ausfall der anderen, schwächeren Feder nicht feststellen, da sich die Widerstandskraft um lediglich 20% reduzieren würde. Aus diesem Grund wird das genannte Kraftverhältnis von etwa 50:50 für die beiden Federn 17, 19 gewählt.
Die elektrische Signalumwandlung erfolgt induktiv über die Bewegung zweier Bedämpfungselemente 21, 23 (s. 2 und 4). Die beiden Bedämpfungselemente 21, 23 sind in Bezug auf das Antriebselement 27 radial auf der Stirnseite des Rotors 11 angeordnet und liegen entsprechenden Spulenarrays 25 gegenüber (s. 2). Hierzu befinden sich die Bedämpfungselemente 21, 23 stirnseitig gegenüber einer Leiterplatte 33 mit den Spulenarrays 25. Die Spulenarrays 25 können nach unterschiedlichen Genauigkeitsanforderungen ausgelegt sein, ebenso die flächige Form der zugehörigen Bedämpfungselemente 21, 23. Das zweite Bedämpfungselement 23 und ein gegenüberliegendes Spulenarray 25 ist wiederum aus Gründen der betriebssicheren Redundanz hinzugefügt.

1: Fußpedalmodul
3: Gehäuse
5: Zapfen des Gehäuses 3
7: Buchse
11: Rotor
13: Hebelarm
15: Fußpedal
17: erste Haptikfeder
19: zweite Haptikfeder
21: erstes Bedämpfungselement
23: zweites Bedämpfungselement
25: Spulenarrays
27: Antriebselement
29: Außenring des Gehäuses 3
33: Leiterplatte
35: Kugelgelenk
37: Pfanne
39: Abdeckung des Gehäuses 3

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102005061277 A1 [0002, 0009]
- DE 202004004454 U1 [0003]
- DE 202004004457 U1 [0004]
- DE 10255712 A1 [0005]
- DE 10133194 A1 [0006]
- WO 03/038379 A [0009]

Claims

Fußpedalmodul (1) mit einem Gehäuse (3), einem Rotor (11), einem Fußpedal (15), Federn (17, 19) und einer Leiterplatte (33), dadurch gekennzeichnet, dass – das Gehäuse (3) einen Zapfen (5), einen Außenring (29) und eine Abdeckung (39) zur Lagerung und zum Schutz des Rotors (11), der Federn (17, 19) und der Leiterplatte (33) aufweist, – der Rotor (11) mit einer Buchse (7), einem Hebelarm (13), zwei Haptikfedern (17, 19), zwei Bedämpfungselementen (21, 23) und einem Antriebselement (27) verbunden ist, – die Leiterplatte (33) Spulenarrays (25) in Form von Flachspulen trägt, die den Bedämpfungselementen (21, 23) gegenüberliegen, und – das Fußpedal (15) über ein Kugelgelenk (35) und eine Pfanne (37) mit dem Hebelarm (13) der Buchse (7) verbunden ist.
Fußpedalmodul (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Rückstellfeder, die an der Buchse (7) des Rotors (11) angreift und bei einer Unterbrechung der Verbindung (35, 37) zwischen dem Fußpedal (15) und dem Hebelarm (13) den Rotor (11) in eine bestimmte Fehlerstellung dreht.
Fußpedalmodul (1), das mechanisch mit einem Fußpedal (15) verbunden (35, 37) ist, mit einem Gehäuse (3), einem Rotor (11), mit Federn (17, 19) und einer Leiterplatte (33), dadurch gekennzeichnet, dass der vom Fußpedal (15) bewegte Rotor (11) stirnseitig mindestens ein Betätigungselement (21, 23) trägt, und dass die Leiterplatte (33) Spulenarrays in Form von Flachspulen (25) oder Hall-Sensoren trägt, die dem mindestens einen stirnseitigen Betätigungselement (21, 23) in einem konstanten Abstand gegenüber liegen.
Fußpedalmodul (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Betätigungselement ein Wirbelstrom-Bedämpfungselement (21, 23) ist, welches die Induktivität einer Flachspule (25) und gegebenenfalls die Resonanzfrequenz eines zugehörigen Resonanzkreises bewegungsabhängig verändert.
Fußpedalmodul (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Betätigungselement ein Wirbelstrom-Bedämpfungselement (21, 23) ist, das die magnetische Kopplung einer Erregerspule mit der flachen Sensorspule (25) bewegungsabhängig verändert.
Fußpedalmodul (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Betätigungselement ein Permanentmagnet ist, der in dem Hall-Sensor ein bewegungs- und überdeckungsabhängiges Signal auslöst.
Fußpedalmodul (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mechanische Elemente wie etwa die Federn (17, 19) oder elektronische Elemente wie etwa die Betätigungselemente (21, 22) oder die Spulenarrays (25) redundant ausgelegt sind.
Fußpedalmodul (1) nach Anspruch 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) einen Zapfen (5), einen Außenring (29) und eine Abdeckung (39) zur Lagerung und zum Schutz des Rotors (11), der Federn (17, 19) und der Leiterplatte (33) umfasst.
Fußpedalmodul (1) nach Anspruch 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (11) mit einer Buchse (7) und einem Antriebselement (27) und zwei Haptikfedern (17, 19) verbunden ist sowie einen Hebelarm (13) und zwei Bedämpfungselemente (21, 23) aufweist.
Fußpedalmodul (1) nach Anspruch 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fußpedal (15) über ein Kugelgelenk (35) und eine Pfanne (37) mit dem Hebelarm (13) der Buchse (7) gelenkig verbunden ist.
Fußpedalmodul (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstellfeder, die an der Buchse (7) des Rotor (11) angreift und den Rotor (11) bei einer Unterbrechung der Verbindung (35, 37) zwischen dem Fußpedal (15) und dem Hebelarm (13) in eine bestimmte Federstellung dreht.