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Stand der
Technik
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Die Erfindung geht von einem Verfahren
und von einer Vorrichtung zur Detektion der Betätigung eines Bedienelementes
nach der Gattung der unabhängigen
Ansprüche
aus.
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Bei Fahrzeugen mit einem automatischen Getriebe
ist es bekannt, dass eine Kick-Down-Funktion benötigt wird, um der Motorsteuerung
einen maximalen Beschleunigungswunsch des Fahrers zu signalisieren.
Bei Fahrzeugen mit einer Geschwindigkeitsbegrenzungsfunktion ist
es bekannt, einen Fluchtschalter zu verwenden, der bei Gefahrsituationen
das schnelle Ausschalten der Geschwiridigkeitsbegrenzungsfunktion
und damit das Erreichen der maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit bzw.
-beschleunigung zu ermöglichen.
Sowohl die Kick-Down-Funktion
als auch der Fluchtschalter lassen sich mit Hilfe des Fahrpedals
dadurch realisieren, dass das Fahrpedal bis zu einem Anschlag durchgedrückt wird.
Bei Fahrpedalen, die keine mechanische Verbindung zur Drosselklappe
oder zu einem Stellelement zur Einstellung der Kraftstoffzufuhr, beispielsweise
zu einem Einspritzventil, haben, kann die Kick-Down-Funktion bzw.
die Funktion des Fluchtschalters elektrisch abgefragt werden, wenn ein
Linear- oder Winkelgeber, beispielsweise unter Verwendung eines
Potentiometers, am Fahrpedal angeordnet ist, um den Betätigungsgrad
des Fahrpedals zu detektieren. Problematisch dabei ist es, dass sich
mit der Zeit auf Grund von Lagerspielen des Fahrpedals, Deformationen
insbesondere von Kunststoffteilen des Fahrpedals und Änderungen
der Kennlinie des verwendeten Sensors zur Detektion des Betätigungsgrades
des Fahrpedals durch Temperaturdrift und Verschleiß den Schaltpunkt
des Fahrpedals für
die Aktivierung der Kick-Down-Funktion bzw. der Funktion des Fluchtschalters
zu einem anderen Betätigungsgrad
des Fahrpedals verschieben. Alternativ kann zur Detektion der Kick-Down-Funktion
bzw. der Funktion des Fluchtschalters ein mechanischer Schalter
verwendet werden, der beim vollständigen Durchdrücken des
Fahrpedals bis zum Anschlag betätigt
wird.
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Durch das Fahrpedal werden also verschiedene
Bedienfunktionen realisiert, nämlich
zum einen die Vorgabe eines Fahrerwunschmomentes und zum anderen
die Realisierung der Kick-Down-Funktion bzw. der Funktion des Fluchtschalters.
Diese verschiedenen Bedienfunktionen werden dabei in Abhängigkeit
des Betätigungsgrades
des Fahrpedals realisiert. Solange das Fahrpedal nicht bis zum Anschlag
durchgedrückt
ist, wird die Bedienfunktion der Vorgabe des Fahrerwunschmomentes
realisiert. Ist das Fahrpedal bis zum Anschlag durchgedrückt, so wird
als Bedienfunktion die Kick-Down-Funktion bzw. die Funktion des
Fluchtschalters realisiert. Dabei wird das Fahrpedal gegen eine
Federkraft betätigt. Mindestens
zwei der Betätigungsgrade
des Fahrpedals sind dabei durch verschiedene Federkonstanten gekennzeichnet.
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Vorteile der
Endung
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
mit den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche
haben demgegenüber den
Vorteil, dass mindestens eine der Bedienfunktionen des Bedienelementes
in Abhängigkeit
der dem aktuellen Betätigungsgrad
zugeordneten Federkonstanten detektiert wird. Auf diese Weise lässt sich
eine eindeutige Zuordnung des Signals eines zur Detektion des Betätigungsgrades
des Fahrpedals verwendeten Sensors zu der vom Fahrer gewünschten
Bedienfunktion unabhängig
vom Verschleiß und
der Temperaturdrift des Sensors und unabhängig von den Lagerspielen und
den Deformationen insbesondere von Kunststoffteilen des Fahrpedals
realisieren, sodass die vom Fahrer gewünschte Bedienfunktion sicher
erkannt und umgesetzt werden kann.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Verfahrens möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn
der Betätigungsgrad
durch einen Sensor erfasst wird, wenn vom Sensor in Abhängigkeit
des erfassten Betätigungsgrades
ein Messsignal erzeugt wird, wenn ein zeitlicher Verlauf des Messsignals
bestimmt wird und wenn in Abhängigkeit
einer Steigung des zeitlichen Verlaufs des Messsignals die mindestens
eine Bedienfunktion detektiert wird. Auf diese Weise lässt sich die
dem aktuellen Betätigungsgrad
zugeordnete Federkonstante und damit die vom Fahrer gewünschte Bedienfunktion
besonders einfach und sicher detektieren und zwar unabhängig von
den Lagerspielen und den Deformationen insbesondere von Kunststoffteilen
des Fahrpedals und unabhängig
von Verschleiß und
Temperaturdrift des Sensors.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich,
wenn die mindestens eine Bedienfunktion detektiert wird, wenn die Steigung
des zeitlichen Verlaufs des Messsignals in einem vorgegebenen Bereich
liegt. Auf diese Weise lässt
sich die Detektion der mindestens einen Bedienfunktion sehr einfach,
beispielsweise durch Schwellwertvergleich, realisieren.
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Vorteilhaft ist weiterhin, wenn der
vorgegebene Bereich so gewählt
wird, dass die damit verbundene zeitliche Änderung des Messsignals nicht
durch Betätigung
sondern nur durch automatische Rückstellung
des Bedienelementes erreicht wird. Auf diese Weise wird sichergestellt,
dass die mit Hilfe des Schwellwertes zu detektierende Bedienfunktion
nicht mit einer Bedienfunktion verwechselt werden kann, bei der
die Variation des Betätigungsgrades
zu unterschiedlichen Vorgabewerten, beispielsweise eines Fahrerwunschmomentes,
führen
soll, nicht jedoch zu einem Wechsel der Bedienfunktion.
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Dies lässt sich besonders einfach
dadurch realisieren, dass die automatische Rückstellung durch nahezu sprungförmige Reduzierung
der Federkraft erreicht wird.
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Wenn die nahezu sprungförmige Reduzierung
der Federkraft durch die der mindestens einen Bedienfunktion zugeordnete
Federkonstante bewirkt wird, so ist die Zuordnung der mindestens
einen Bedienfunktion zu dieser Federkonstanten eindeutig, sodass
eine Fehldetektion der mindestens einen Bedienfunktion vermieden
wird.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn
als Bedienelement ein Fahrpedal eines Kraftfahrzeugs gewählt wird
und als mindestens eine Bedienfunktion eine Kick-Down-Funktion oder
eine Fluchtschalterfunktion zur Überwindung
einer aktivierten Geschwindigkeitsbegrenzung gewählt wird, wobei der mindestens
einen Bedienfunktion mindestens ein Betätigungsgrad des Fahrpedals
in der Nähe
eines Anschlags zugeordnet wird. Auf diese Weise lässt sich eine
Kick-Down-Funktion oder eine Fluchtschalterfunktion besonders sicher
detektieren, sodass das Fahrzeug insbesondere bei Gefahrsituationen schnell
in der gewünschten
Weise reagiert.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich,
wenn die mindestens eine Bedienfunktion nur dann detektiert wird, wenn
sie innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls mehrmals detektiert
wird. Auf diese Weise wird ebenfalls sichergestellt, dass eine Fehldetektion
der mindestens einen Bedienfunktion vermieden wird.
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Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen 1 ein Funktionsdiagramm
zur Erläuterung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und 2 ein Diagramm eines
Sensorsignals über
der Zeit zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In 1 gekennzeichnet 15 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Detektion einer über
ein Bedienelement 1 aktivierten Bedienfunktion. Bei dem Bedienelement 1 kann
es sich beispielsweise um ein Fahrpedal eines Kraftfahrzeuges handeln.
Ein solches Fahrpedal 1 wird üblicherweise gegen eine Federkraft
betätigt,
wobei mehrere verschiedene Betätigungsgrade α einstellbar
sind, je nachdem wie stark bzw. mit welcher Kraft der Fahrer das
Fahrpedal 1 betätigt.
Dabei werden in diesem Beispiel verschiedene Bedienfunktionen des
Fahrpedals 1 in Abhängigkeit
des Betätigungsgrades α realisiert.
Eine erste Bedienfunktion besteht in der Vorgabe eines Fahrerwunschmomentes
in Abhängigkeit
des Betätigungsgrades α des Fahrpedals 1.
Eine zweite Bedienfunktion besteht in einer Kick-Down-Funktion für den Fall, dass
das Kraftfahrzeug ein Automatikgetriebe aufweist, oder in einer
Fluchtschalterfunktion für
den Fall, dass das Kraftfahrzeug eine Geschwindigkeitsbegrenzungsfunktion
aufweist. Die zweite Bedienfunktion wird aktiviert, wenn das Fahrpedal 1 vollständig oder
zumindest bis in unmittelbarer Nähe
eines Anschlags 10 betätigt
wird. Die zweite Bedienfunktion ist somit einem Betätigungsgrad
des Fahrpedals 1 zugeordnet, der in einem vorgegebenen
Bereich in der Nähe
des Anschlags 10 liegt. Die Vorrichtung 15 umfasst
ferner einen Sensor 5, der beispielsweise als Potentiometer
ausgebildet sein kann und den Betätigungsgrad α des Fahrpedals 1 in
dem Fachmann bekannter Weise erfasst. Der Sensor 5 wandelt
den Betätigungsgrad α in einen
Spannungswert U um und leitet diesen Spannungswert U an eine Detektionseinheit 20.
Die Detektionseinheit 20 kann software- und/oder hardwaremäßig in einer
Motorsteuerung des Kraftfahrzeugs implementiert sein. Die Detektionseinheit 20 umfasst
eine Steigungsermittlungseinheit 25, an die der Spannungswert
U vom Sensor 5 abgegeben wird. Die Steigungsermittlungseinheit 25 ermittelt
aus den mit der Zeit t kontinuierlich empfangenen Spannungswerten
U(t) die Steigung dU(t)/dt des zeitlichen Verlaufs der empfangenen
Spannungswerte U(t). Die ermittelte Steigung dU(t)/dt wird dann
einer Vergleichseinheit 30 der Detektionseinheit 20 zugeführt. Der
Vergleichseinheit 30 ist außerdem beispielsweise von einem
in 1 nicht dargestellten
Speicher ein Schwellwert S zugeführt,
der alternativ auch in der Vergleichseinheit 30 gespeichert
sein kann. Die Vergleichseinheit 30 vergleicht die zugeführte Steigung
dU(t)/dt mit der Schwellwert S. Für den Fall, dass die Steigung dU(t)/dt
den Schwellwert S überschreitet,
detektiert die Vergleichseinheit 30 als vom Fahrer gewünschte Bedienfunktion
die zweite Bedienfunktion, nämlich die
Kick-Down-Funktion bzw. die Fluchtschalterfunktion. Andernfalls
detektiert die Vergleichseinheit 30 als vom Fahrer gewünschte Bedienfunktion
die erste Bedienfunktion, nämlich
die Umsetzung des Betätigungsgrades
a in ein Fahrerwunschmoment. Die detektierte erste oder zweite Bedienfunktion
wird von der Vergleichseinheit 30 in Form eines Detektionssignals
D abgegeben. Dabei kann das Detektionssignal D im Falle der ersten
Bedienfunktion beispielsweise einen niedrigen Signalpegel von beispielsweise
3,7 Volt und im Falle der zweiten Bedienfunktion einen höheren Signalpegel
von beispielsweise 4,2 Volt aufweisen. Das Detektionssignal D veranlasst dann
die Motorsteuerung je nach Signalpegel zur Umsetzung der zweiten
Bedienfunktion, nämlich
der Kick-Down-Funktion oder der Fluchtschalterfunktion, oder der
ersten Bedienfunktion.
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Die Betätigung des Fahrpedals 1 erfolgt
wie beschrieben gegen eine Federkraft. In 2 ist der zeitliche Verlauf der vom Sensor 5 abgegebenen Spannungswerte
U dargestellt. Dabei wird angenommen, dass der Fahrer das Fahrpedal 1 mit
konstanter Kraft von einer Nullstellung gemäß 1, in der das Fahrpedal 1 nicht
betätigt
ist, bis zum Anschlag 10 durchdrückt. Der Velauf der Spannung
U ist dabei immer proportional zum Betätigungsgrad α. Deshalb steigt
die Spannung U bis zu einem ersten Zeitpunkt t1, zu dem ein erster
Betätigungsgrad α1 erreicht wird,
mit einer ersten Steigung S1 an. Bis zum ersten Betätigungsgrad α1 ist dabei
die Federkraft gemäß einer
ersten Federkonstanten zu überwinden.
Mit Erreichen des ersten Betätigungsgrades α1 wird die
gegen die Betätigung
des Fahrpedals 1 wirkende Federkraft auf eine zweite Federkonstante
erhöht,
beispielsweise durch den Zuschalten einer weiteren Feder oder mit
Hilfe einer Schnappscheibe oder mit Hilfe von federbelasteten Kugeln
oder in sonstiger dem Fachmann bekannten Weise. Dies führt dazu,
dass bei weiter gleichbleibender Kraft für die Betätigung des Fahrpedals 1 der
Betätigungsgrad α und dazu proportional
auch die Spannung U mit einer zweiten Steigung S2 über der
Zeit t ansteigt, die kleiner als die erste Steigung S1 ist. Mit
Erreichen eines zweiten Betätigungsgrades α2 des Fahrpedals 1,
der größer als
der erste Betätigungsgrad α1 ist, zu
einem zweiten Zeitpunkt t2, der dem ersten Zeitpunkt t1 nachfolgt,
wird die gegen die Betätigung
des Fahrpedals 1 wirkende Federkraft nahezu sprungartig
wieder auf die erste Federkonstante zurückgeführt, wobei diese Entlastung
durch eine dritte Federkonstante gekennzeichnet ist und beispielsweise
durch stetige Wegnahme der weiteren Feder oder der Schnappscheibe oder
der federbelasteten Kugeln oder in sonstiger dem Fachmann bekannten
Weise erfolgt. Dabei steigt der Betätigungsgrad α des Fahrpedals 1 und dazu
proportional auch die Spannung U gemäß einer dritten Steigung S3,
die größer als
die erste Steigung S1 ist, bis auf einen dritten Betätigungsgrad α3 an, der
größer als
der zweite Betätigungsgrad α2 ist und zu
einem dem zweiten Zeitpunkt t2 nachfolgenden dritten Zeitpunkt t3
erreicht wird. Anschließend
steigt der Betätigungsgrad α des Fahrpedals 1 und
dazu proportional auch die Spannung U wieder gemäß der ersten Steigung S1 bis
zum Anschlag 10 an. Wird der Anschlag 10 bereits
zum dritten Zeitpunkt t3 erreicht, so ist die Steigung dU(t)/dt
vom dritten Zeitpunkt t3 an gleich Null. Zum dritten Zeitpunkt t3
ist das Fahrpedal 1 jedenfalls in der Nähe, vorzugsweise in unmittelbarer
Nähe des
Anschlags 10.
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Die Entlastung der Federkraft nach
dem zweiten Zeitpunkt t2 wird durch die dritte Federkonstante bewirkt.
Die dritte Federkonstante ist dabei so gewählt, dass der dritte Betätigungsgrad α3 schneller erreicht
wird, als dies jemals durch die vom Fahrer maximal ausübbare Kraft
zur Betätigung
des Fahrpedals 1 erreicht werden könnte. Ferner ist die dritte
Federkonstante unabhängig
von Umwelteinflüssen
wie beispielsweise Temperatur- oder Verschleiß oder Verschmutzung. Deshalb
kann die dritte Federkonstante im Unterschied zu den übrigen Federkonstanten
zur Detektion einer Bedienfunktion des Fahrpedals 1, in
diesem Beispiel der zweiten Bedienfunktion, verwendet werden, wodurch
sichergestellt ist, dass die zweite Bedienfunktion auch fehlerfrei
detektiert wird. Dazu muss der vorgegebene Schwellwert S so gewählt werden,
dass er größer als
der erste Schwellwert S1 und der zweite Schwellwert S2 sowie jeder
vom Fahrer bis zur Ausübung
der maximal möglichen
Kraft zur Betätigung
des Fahrpedals 1 erreichbaren Steigung ist und kleiner
als die dritte Steigung S3. Die dritte Steigung S3 lässt sich
somit nur durch die nahezu sprungartige Reduzierung der Federkraft
zwischen dem zweiten Zeitpunkt t2 und dem dritten Zeitpunkt t3 realisieren.
Ganz allgemein kann man sagen, dass die zweite Bedienfunktion detektiert wird,
wenn die der Vergleichseinheit 30 zugeführte Steigung dU(t)/dt in einem
vorgegebenen Bereich liegt, der zwischen einer unteren Grenze und
einer oberen Grenze definiert ist, wobei die untere Grenze und die
oberen Grenze in der Vergleichseinheit 30 abgespeichert
oder ihr aus einem von der Vergleichseinheit 30 getrennten
Speicher zugeführt
werden. Im vorbeschriebenen Beispiel ist der Bereich bereits durch
den Schwellwert S als untere Grenze hinreichend definiert. Eine
außerhalb
des vorgegebenen Bereichs bzw. unterhalb des Schwellwertes S liegende
Steigung dU(t)/dt führt
zur Detektion der ersten Bedienfunktion.
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Selbst wenn sich auf Grund von Umwelteinflüssen wie
Verschleiß oder
Temperaturdrift der Kennlinie des Sensors 5 oder auf Grund
des Lagerspiels oder von Deformationen insbesondere von Kunststoffteilen
des Fahrpedals 1 die den beiden Bedienfunktionen zugeordneten
Betätigungsgrade α ändern sollten,
so bleibt doch unabhängig
von den genannten Einflüssen
und unabhängig
von der Betätigung
des Fahrpedals 1 die dritte Federkonstante und damit die
dritte Steigung S3 konstant. Deshalb ist durch des erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine Möglichkeit
gegeben, die beiden Bedienfunktionen während der genannten Lebensdauer
des Fahrpedals 1 sicher und fehlerfrei zu detektieren und
zu unterscheiden. Dies ist besonders für die zweite Bedienfunktion
wichtig, da sie in Gefahrsituationen einwandfrei aktivierbar sein
muss. Aufgrund der nahezu sprungartigen Reduzierung der Federkraft
zwischen dem zweiten Zeitpunkt t2 und dem dritten Zeitpunkt t3 kann
der Fahrer diesen Kraftsprung auch wahrnehmen und hat somit eine
Rückmeldung über die
Aktivierung der zweiten Bedienfunktion.
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Eine weitere Maßnahme zur Vermeidung einer
Fehldetektion der zweiten Bedienfunktion kann dadurch erreicht werden,
dass zwischen dem zweiten Zeitpunkt t2 und dem dritten Zeitpunkt
t3 mehrmals geprüft
wird, ob die dritte Steigung S3 den vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Es kann vorgesehen sein, dass die zweite Bedienfunktion nur dann
detektiert wird, wenn bei jeder dieser Prüfungen die dritte Steigung
S3 den vorgegebenen Schwellwert S überschreitet.