Fahrpedal für die Steuerung einer Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs mit verstellbarer Nullpunktposition

Die Erfindung betrifft ein Fahrpedal gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Pedale in Fahrzeugen, insbesondere das Gaspedal, werden zunehmend mit einem Aktor versehen, um dem Fahrer des Fahrzeuges ein haptisch wahrnehmbares Signal bei bestimmten Verkehrssituationen, beispielsweise dem Unterschreiten eines Mindestabstandes oder einem anstehenden Gangwechsel oder einer unökonomischen Fahrweise, beispielsweise dem Abweichen von einem optimalen Geschwindigkeit-oder Drehmomenten Bereich zu signalisieren.

Dazu werden so genannte „Force-Feedback-Pedale", wie beispielsweise in der EP 1375233 B1 oder DE 10 2009 041 361 A1 , üblicherweise mit elektrischen Aktoren versehen, welche auf Basis von rotierenden Elektromotoren oder aber elektromagnetischen Linearantrieben arbeiten. Solche Aktoren ermöglichen eine gezielte Steuerung der Gegenkraft-Kennlinie, sind jedoch entsprechend aufwendig, teuer und weisen einen nicht unerheblichen Stromverbrauch auf.

Darüber hinaus sind beispielsweise aus der DE 100 26 048 C2 Pedale mit einer Vibrationseinrichtung bekannt, welche beispielsweise auf Basis piezoelektrischer Aktoren immer noch optisch wahrnehmbare Signale am Pedal erzeugen, ohne dass jedoch die Stärke und Arbeitsamplitude einer solchen Vibrationseinrichtung dafür ausreichen würde, eine direkte Gegenkraft-Rückkopplung über den Arbeitsbereich des Pedal hinweg zu ermöglichen.

Das Fahrpedal weist darüber hinaus Rückstellmittel, üblicher Weise zumindest eine Rückstellfeder auf, welche eine definierte Kraft zum Zurückstellen der Fahrpedalplatte in eine Nullpunktposition erzeugen, sofern auf die Fahrpedalplatte vom Fuß her keine Kraft ausgeübt wird. Ist die Fahrpedalplatte nahe der Nullpunktposition, ist der für haptische Signale verfügbare Weg jedoch sehr gering und die Wahrnehmbarkeit durch die Wirkung eines entsprechenden Anschlags evtl. eingeschränkt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Fahrpedal vorzustellen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass durch Verstellung der Nullpunktposition ebenfalls ein haptisch wahrnehmbares Signal selbst erzeugt oder bzw. auch und zudem die Wahrnehmbarkeit eines durch einen Aktor erzeugten haptischen Signals verbessert werden kann.

Dazu weist das Fahrpedal Mittel zum Verstellen der Nullpunktposition von einer Ausgangs-Nullpunktposition, also der im normalen Fahrbetrieb üblichen Position, in eine Sonder-Nullpunktposition auf. Die Sonder-Nullpunktposition ist selbstverständlich um eine definierten Verstellweg abweichend zur Ausgangs-Nullpunktposition, wobei jedoch die Stärke und Richtung durchaus fallabhängig unterschiedlich sein kann.

Die Definition der Nullpunktposition erfolgt vorzugsweise mittels eines in Rückstellrichtung wirksamen Anschlags für die Nullpunktposition und die Verstellung mittels einer Versteilvorrichtung zum Verstellen der Position dieses Anschlags.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Ausgangs-Nullpunktposition (X0.1 ) gegenüber einer am Fahrpedal maximal möglichen Nullpunktposition (X0.0) in Richtung des Endanschlags (Xmax) um einen von Null verschiedenen Reservebetrag versetzt, wird also im Normalbetrieb nicht ganz ausgenutzt, bietet aber die Möglichkeit, im Bedarfsfalle eben ein Verstellen zum Fahrerfuß hin, also in Rückstellrichtung und in Gegenrichtung zum Endanschlag zu verfahren.

Ein denkbarer Anwendungsfall für eine solche Nullpunktverstellung ist, wenn die aktuelle Pedalposition erfasst und innerhalb eines Pedalwegbereichs von der Ausgangs- Nullpunktposition bis zu einer vorgegebenen Abweichung hin die Nullpunktposition in die Sonder-Nullpunktposition verstellt wird, sofern die Mittel zum Übermitteln haptischer Signale aktiviert werden bzw. werden sollen. Hat der Fahrerfuß sich also vor der Verstellung der Nullpunktposition nur aufgelegen und quasi keine Gegenkraft gespürt, so kommt es durch die Verstellung der Nullpunktposition in Rückstellrichtung zu einer wahrnehmbaren Wirkung durch die Rückstellfeder und zudem zu einem größeren Arbeitsbereich für den haptischen Aktor.

Umgekehrt kann es Verkehrssituationen geben, bei welchen ein vermeintlich leichteres Gaspedal, also ein Absinken der Pedalplatte erwünscht wird und den Fahrer bspw. zum Nachführen und damit Gasgeben initiiert. Auch dies ist über eine Sonder- Nullpunktsposition, diesmal in Richtung des Endanschlags möglich. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Die Figur 1 zeigt eine Funktionsskizze eines Fahrpedals für die Steuerung einer Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs, wie dieses beispielsweise für ein Kraftfahrzeug als Gaspedal angewendet werden kann, wobei die entsprechende Steuerung von einer Steuereinheit im Fahrpedal oder einem externen Steuergerät vorzugsweise entsprechend den beschriebenen Verfahren erfolgen kann.

Das Fahrpedal weist eine Fahrpedalplatte 1 und eine Rückstellfeder 2 sowie Mittel 3 zum Übermitteln haptischer Signale über die Fahrpedalplatte an einen Fahrer auf, wobei diese Mittel 3 beispielsweise ein Piezo-Aktor für die Erzeugung von Vibration oder aber auch ein die Rückstellkraft aktiv beeinflussende Linear-Aktor oder vergleichbares sein können.

In Figur 1 ist ein unbelastetes Pedal im normalen Betriebszustand, also mit Fahrpedalplatte in der Ausgangs-Nullpunktposition X0.1 befindet. Das Fahrpedal kann damit bis zum Endanschlag Xmax getreten werden und geht aufgrund der Wirkung der Rückstellfeder 2 in die Ausgangs-Nullpunktposition X0.1 zurück, wenn der Fuß vom Gaspedal genommen wird.

Skizzenhaft ist hier eine Ausgestaltung mit einer Koppelstange und einem Anschlagelement 4 gezeigt, welches an dem in Rückstellrichtung wirksamen Anschlag 5.1 anliegt, wenn keine Kraft auf das Fahrpedal ausgeübt wird.

Erfindungsgemäß sind Mittel (5) zum Verstellen der Nullpunktposition von einer Ausgangs-Nullpunktposition (X0.1 ) in eine Sonder-Nullpunktposition (X0.0/X0.2) vorgesehen, indem dieser Anschlag 5.1 durch die Versteileinrichtung 5 verstellbar ist. Dabei sind Ausführungsbeispiele und Anwendungsfälle denkbar, bei welchen eine Verstellung ausschließlich in Richtung des Endanschlags, ausschließlich entgegengesetzt in Richtung der Rückstellkraft oder aber in beide Richtungen denkbar sind und die nachfolgend näher erläutert werden sollen.

Figur 2 zeigt demgegenüber eine Ausgestaltung, bei welcher die Nullpunktposition von der Ausgangs-Nullpunktposition (X0.1 ) in Richtung des Endanschlags (Xmax) bis zu einer Sonder-Nullpunktposition (X0.2) verstellt wurde. Dies kann beispielsweise angewendet werden in einer Fahrsituation, bei welcher ein Beschleunigen des Fahrzeugs möglich oder erwünscht ist. Während des Verstellens fühlt der Fahrer an der Fahrpedalplatte keine bzw. eine geringere Rückstellkraft als üblich und wird ein nachführen des Fußes und damit Gasgeben erwartet. Figur 3 zeigt hingegen die entgegengesetzte Lage der Sonder-Nullpunktposition, wobei in diesem Ausführungsbeispiel bereits die Ausgangs-Nullpunktposition (X0.1 ) gegenüber einer am Fahrpedal maximal möglichen Nullpunktposition (X0.0) in Richtung des Endanschlags (Xmax) um einen von Null verschiedenen Reservebetrag versetzt ist. Nur so kann natürlich nachfolgend die Nullpunktposition noch in Richtung der Rückstell kraft in die Sonder-Nullpunktposition XO.O verstellt werden.

Davon wird insbesondere dann Gebrauch gemacht, sofern die Mittel (3) zum Übermitteln haptischer Signale aktiviert werden bzw. werden sollen. Dann wird nämlich dieser Reservebetrag zumindest teilweise freigegeben und die Sonder-Nullpunktposition in Richtung der maximal möglichen Nullpunktposition (XO.O) gesetzt, wie in Figur 3 skizziert.

Vorzugsweise wird auch die aktuelle Pedalposition erfasst und nur innerhalb eines Pedalwegbereichs von der Ausgangs-Nullpunktposition bis zu einer vorgegebenen Abweichung hin, also bei keinem oder nur geringen Druck auf das Gaspedal die Nullpunktposition in die Sonder-Nullpunktposition (XO.O) verstellt und natürlich nur, sofern die Mittel (3) zum Übermitteln haptischer Signale aktiviert werden bzw. werden sollen. Die Verstellung in die Sonder-Nullpunktposition (XO.O) führt zum einen bereits zu einer unmittelbar haptisch wahrnehmbaren Signalisierung, da zuvor die Rückstell kraft der Rückstellfeder 2 durch den Anschlag 5.1 ja aufgenommen und somit nicht zur Fahrpedalplatte 1 geleitet wurde, mit dem verstellen jedoch diese Rückstellkraft spürbar wird. Zudem ermöglicht die Sonder-Nullpunktposition XO.O einen zusätzlichen Signalisierungsweg für haptische Signale durch den Aktor 3.

Vorzugsweise erfolgt das Verstellen in die Sonder-Nullpunktposition jeweils mit einer definierten vorgegebenen 1 . Verstellgeschwindigkeit und wird mit einer 2., geringeren Verstellgeschwindigkeit wieder zurückgeführt. Diese Rückführung von der Sonder- Nullpunktposition (X0.0/X0.2) in die Ausgangs-Nullpunktposition (X0.1 ) erfolgt beispielsweise, wenn ein vorgegebenes Signal oder anderes Betriebsereignis eintritt oder eine vorgegebene Zeitspanne verstrichen ist.

Neben den bereits eingangs beschriebenen Anwendungsfällen der Nullpunktverstellung, ist als weiterer Anwendungsfall bspw. denkbar, wenn die Antriebsmaschine des Fahrzeugs sich im Bremsbetrieb befindet und dem Fahrer angezeigt werden soll, dass ein stärkeres Abbremsen durch ein weiteres Lösen der Pedalplatte Richtung Ruheposition nicht möglich ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Nullpunktposition auf die aktuelle Position der Pedalplatte verstellt wird. Ein solcher Bremsbetrieb kann z.B. bei Elektromotoren im Generatorbetrieb einsetzen und ist in seiner Stärke regelbar.