Verfahren zur Einstellung der auf ein Fahrpedal eines Kraftfahrzeugs wirkenden Rückstellkraft Beschreibung Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Einstellung der auf ein Fahrpedal einer Fahrpedaleinrichtung eines Kraftfahrzeugs wirkenden, von einer Rückstell- anordnung erzeugten Rückstellkraft mittels einer Stelleinrichtung in jeder beliebi- gen Position zwischen einer Ruheposition und einer Endposition des Fahrpedals abhängig von den Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs, wobei die durch die Rückstellanordnung erzeugte Rückstellkraft bei einer von einer definierten Be- triebsbedingung abweichenden oder an deren Grenzen angelangten Betriebsbe- dingung um einen zusätzlichen Rückstellkraftbetrag erhöht wird, gemäß dem O- berbegriff von Anspruch 1 und von einer Vorrichtung zur Ausführung dieses Ver- fahrens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6.

Ein solches Verfahren bzw. eine solche Vorrichtung ist in der DE 199 18 119 A1 beschrieben. Gemäß dem bekannten Verfahren wird die Rückstellkraft beim Ab- weichen von einer definierten Betriebsbedingung um einen zusätzlichen Rück- stellkraftbetrag erhöht, was dem Fahrer signalisiert, das Fahrpedal nicht über den erreichten Punkt hinaus zu betätigen. Falls der Fahrer dies dennoch tut, verharrt die Rückstellkraft weiterhin auf dem erhöhten Niveau.

Vorteile der Erfindung Indem bei einer weiterhin von der definierten Betriebsbedingung abweichenden o- der an deren Grenzen angelangten Betriebsbedingung der zusätzliche Rückstell- kraftbetrag sprunghaft reduziert wird, erhält der Fahrer ein noch deutlicher wahr- nehmbares Signal als es durch die Steigerung der Rückstellkraft alleine gegeben ist. Das Ansteigen verbunden mit der schlagartigen oder sprunghaften Reduzie- rung der Rückstellkraft stellt insbesondere ein psychologisch eindringliches Signal dar, da es verdeutlicht, dass eine Grenze überschritten wurde. Es verhindert ins- besondere durch den als Störung empfundenen Kraftsprung, dass eine Gewöh- nung an die höhere Rückstellkraft eintritt. Die Rückmeldung erfolgt an den Fuß des Fahrers und damit an das Organ, mit welchem er die Betriebsbedingungen des Fahrzeugs maßgeblich bestimmt. Folglich ist ein fühlbarer und direkter Zu- sammenhang zwischen Geschwindigkeits-und Beschleunigungsanforderung ei- nerseits und der Reaktion hierauf als veränderte Rückstellkraft am Fahrpedal ge- geben, was in vorteilhafter Weise eine kurze Reaktionszeit des Fahrers auf die veränderten Betriebsbedingungen erwarten läßt.

Vorzugsweise wird der zusätzliche Rückstellkraftbetrag auf den Wert Null redu- ziert, d. h., dass die Rückstellkraft wieder das vor dem Verlassen der definierten Betriebsbedingung herrschende Niveau einnimmt, was zur Ausbildung eines be- sonderes deutlichen Kraftsignals beiträgt.

Die Erzeugung und schlagartige oder sprunghafte Reduzierung des zusätzlichen Rückstellkraftbetrages kann einmalig oder mehrmals hintereinander erfolgen, so dass sich im zweiten Fall eine Art Schwingung am Fahrpedal ergibt, welche vom Fahrer sehr deutlich wahrnehmbar ist. Weiterhin kann beispielsweise der zusätzli- che Rückstellkraftbetrag zwischen dem Wert Null und einem Maximalwert stufen- los variiert werden.

Unter einer definierten Betriebsbedingung ist beispielsweise eine zulässige Be- triebsbedingung wie die zulässige Höchstgeschwindigkeit der momentan befahre-

nen Straße oder der zulässige Mindestabstand zu einem vorausfahrenden Fahr- zeug oder eine ökonomische Betriebsbedingung zu verstehen. Die zulässige Höchstgeschwindigkeit wird vorzugsweise mittels Telematiksystemen an eine Steuer-und Regeleinrichtung übermittelt werden, welche bei Überschreitung die Stelleinrichtung zur Erhöhung der Rückstellkraft am Fahrpedal ansteuert.

Zur Durchführung des geschilderten Verfahrens weist die Rückstellanordnung vorzugsweise wenigstens ein sich mit einem Ende am Fahrpedal und mit dem an- deren Ende an einer verstellbaren Federaufnahme der Stelleinrichtung abstützen- des Rückstellfederelement auf, wobei die Federaufnahme mittels eines von einem Motor in Drehung versetzbaren Exzenternockens mit umlaufender Nockenfläche verstellbar ist. Die Federaufnahme ist in einem Gehäuse linear verschiebbar gehalten und abhängig von der Drehstellung des Exzenternockens verstellbar.

Dadurch kann die Vorspannung der Rückstellfeder stufenlos variiert werden, was in einer ebenso stufenlosen Einstellung des zusätzlichen Rückstellkraftbetrages am Fahrpedal resultiert.

Zeichnungen Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer bevorzugten Ausfüh- rungsform einer erfindungsgemäßen Fahrpedaleinrichtung mit einem Exzenternocken ; Fig. 2 eine Stirnansicht des Exzenternockens von Fig. 1 ; Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung des Exzenternockens von Fig. 2 entlang der Linie III-III ;

Fig. 4 eine Pedalkraft-Pedalweg-Kennlinie der Fahrpedaleinrichtung von Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Die in Fig. 1 gezeigte, bevorzugte Ausführungsform einer Fahrpedaleinrichtung 1 für Kraftfahrzeuge gemäß der Erfindung beinhaltet ein vom Fahrer mit dem Fuß betätigbares Fahrpedal 2, welches vorzugsweise als hängendes Fahrpedal aus- geführt ist und welches an einem Lagerbock 4 um eine Drehachse 6 schwenkbar gelagert ist. Das Fahrpedal 2 weist eine aus Maßstabsgründen nicht gezeigte, e- bene Betätigungsfläche für den Fuß des Fahrers auf. Die Drehung des Fahrpe- dals 2 wird auf einen nicht dargestellten Pedalwertgeber übertragen, welcher ein von der Betätigungsgeschwindigkeit und-beschleunigung abhängiges Signal an eine Motorelektronik beispielsweise über einen CAN (Controller-Area-Network)- Datenbus liefert. Die Fahrpedaleinrichtung 1 ist beispielsweise mit standardisier- ten elektrischen und mechanischen Schnittstellen ausgerüstet und kann als kom- plettes Fahrpedalmodul in verschiedene Typen von Kraftfahrzeugen eingebaut werden.

Zwei Rückstellfedern 8,10 einer Rückstellfederanordnung 12 stützen sich mit ih- rem einen Ende am Fahrpedal 2 und mit ihrem anderen Ende an einem Zentrier- zapfen 14 einer Federaufnahme 16 ab, welche in einer sacklochartigen Führung 18 des Lagerbocks 4 in Richtung der Mittelachse der Rückstellfedern 8,10 linear verschieblich gelagert ist. Hierbei ist die eine Rückstellfeder 8 innerhalb der ande- ren Rückstellfeder 10 angeordnet. Die zwischen Fahrpedal 2 und Federaufnahme 16 eingespannten Rückstellfedern 8,10 üben eine Vorspannkraft auf das Fahrpe- dal 2 in dessen Betätigungsrichtung aus, welche dieses als Rückstellkraft auf den Fuß des Fahrers überträgt, so dass das unbetätigte Fahrpedal 2 ausschwenkt bis es an einem nicht gezeigten Leerlaufanschlag anschlägt. Diese Lage entspricht der Leerlaufstellung oder Ruheposition des Fahrpedals 2.

Bei Betätigung des Fahrpedals 2 wird die von den Rückstellfedern 8,10 erzeugte Rückstellkraft vom Fahrer als Widerstandskraft empfunden, welche seiner mit dem Fuß erzeugten Betätigungskraft entgegenwirkt. Wenn andererseits das Fahr- pedal 2 vom Fahrer vollständig niedergedrückt ist, schlägt es gegen einen nicht gezeigten Vollastanschlag des Lagerbocks 4 an und befindet sich dann in Vollast- stellung oder Endposition.

Die Federaufnahme 16 ist Teil einer Stelleinrichtung 20 zur Einstellung der Vor- spannung der Rückstellfederanordnung 12 in jeder beliebigen Position zwischen der Leerlaufstellung und der Vollaststellung des Fahrpedals 2 abhängig von den Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs. Diese Stelleinrichtung 20 ist zunächst derart ausgebildet, dass die Vorspannung der Rückstellfederanordnung 12 bei ei- ner von einer definierten Betriebsbedingung abweichenden Betriebsbedingung um einen zusätzlichen Vorspannweg vergrößert wird. Hierzu steht die Stelleinrichtung 20 mit einer Steuer-und Regeleinrichtung 22 kommunizierend in Verbindung, welche abhängig von einem Vergleich zwischen den durch Sensoren detektierten, aktuellen Betriebsbedingungen und der definierten Betriebsbedingung ein Stell- signal für die Stelleinrichtung 20 liefert, um die Rückstellkraft des Fahrpedals 2 bzw. die Vorspannung der Rückstellfederanordnung 12 entsprechend einzustel- len. Dadurch erhält der Fahrer eine mit dem Fuß fühlbare Rückmeldung über die Betriebsbedingungen des Fahrzeugs, da eine veränderte Rückstellkraft am Fahr- pedal 2 eine entsprechende Anpassung der Betätigungskraft bedingt.

Die definierte Betriebsbedingung umfaßt beispielsweise eine zulässige Betriebs- bedingung wie die zulässige Höchstgeschwindigkeit der momentan befahrenen Straße oder den zulässigen Mindestabstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug oder auch eine ökonomische Betriebsbedingung mit geringem Kraftstoffverbrauch.

Die zulässige Betriebsbedingung, wie beispielsweise die auf einem Straßenab- schnitt geltende Höchstgeschwindigkeit wird vorzugsweise mittels Telematik- systemen im Rahmen einer Verkehrszeichenerkennung an Sensoren der Steu-

er-und Regeleinrichtung 22 übermittelt und dort mit der momentan gefahrenen Geschwindigkeit verglichen. Zur Messung des Abstandes zum vorausfahrenden Fahrzeug sind entsprechende Sensoren im Fahrzeug vorhanden. Ökonomische Betriebszustände können durch fahrzeuginterne Kennfelder vorgegeben werden.

Die Stelleinrichtung 20 beinhaltet weiterhin vorzugsweise einen Schrittmotor 24, welcher von der Steuer-und Regeleinrichtung 22 zum Antrieb eines Getriebes 26 angesteuert wird, welches beispielsweise ein Kegelradgetriebe 28 beinhaltet, um die Drehung der Motorwelle senkrecht zu ihr umzulenken. Das Kegelradgetriebe 28 besteht aus zwei miteinander kämmenden Kegelrädern 30, wobei das getrie- beausgangsseitige Kegelrad 30 auf einem Ende einer Welle 32 gehalten ist, wel- che anderendseitig einen koaxialen Exzenternocken 34 trägt, welcher mit seiner Nockenfläche 36 einen durch eine Durchgangsöffnung 38 des Bodens der Füh- rung 18 ragenden und von den Rückstellfedern 8, 10 abgewandten bodenseitigen Zapfen 40 der Federaufnahme 16 kontaktiert. Dieser Kontakt ist durch die Wir- kung der Rückstellfedern 8,10 vorgespannt.

Der Exzenternocken 34 ist in den Fig. 2 und 3 jeweils einzeln dargestellt, wobei seine Nockenfläche 36 in einer Querschnittsebene gesehen einen von einem Nullpunkt 42 mit kleinstem Radius bis zu einem höchsten Scheitelpunkt 44 mit größtem Radius ansteigenden Abschnitt 46 sowie einen von dem Scheitelpunkt 44 auf den Nullpunkt 42 mit demgegenüber größerer Steigung abfallenden Ab- schnitt 48 aufweist. Der Schrittmotor 24, das Getriebe 26, der Exzenternocken 34, die verstellbare Federaufnahme 16 sowie die beiden Rückstellfedern 8,10 bilden dann zusammen die Stelleinrichtung 20 zur Änderung der Rückstellkraft des Fahrpedals 2 abhängig von den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs.

Wird nun der Schrittmotor 24 durch die Steuer-und Regeleinrichtung 22 aktiviert, so wird die Drehbewegung der Motorwelle über das Kegelradgetriebe 28 auf den Exzenternocken 34 übertragen, dessen in Fig. 2 durch den Pfeil veranschaulichte Drehung aus der Nullpunktlage 48 eine Verschiebung der Federaufnahme 16 in

Richtung Fahrpedal 2 und folglich in Rückstellfederlängsrichtung gesehen eine Verringerung des Abstands zwischen Federaufnahme 16 und Fahrpedal 2 be- wirkt. Folglich erhöht sich die Vorspannkraft der beiden Rückstellfedern 8,10 und damit auch die der Betätigungskraft entgegenwirkende Rückstellkraft am Fahrpe- dal 2 um einen zusätzlichen Rückstellkraftbetrag dR.

Bei einer Fahrpedalbetätigung einer üblichen Fahrpedaleinrichtung erhöht sich die Betätigungskraft mit steigendem Pedalweg mit relativ geringer Steigung gemäß Kurve a in Fig. 4. Die Entspannung zurück zum Nullpunkt des Diagramms erfolgt dann aufgrund mechanischer Hysterese auf einem niedrigeren Kraftniveau. Dem- gegenüber bewirkt die Stelleinrichtung eine darüber hinausgehende Erhöhung der Rückstellkraft um einen zusätzlichen Rückstellkraftbetrag dR. Dieser wird ab einer Pedalstellung c erzeugt, an welcher die Grenzen der definierten Betriebsbedin- gung verlassen werden, wie Kurve b in Fig. 4 verdeutlicht. Unter dem zusätzlichen Rückstellkraftbetrag dR soll folglich eine Rückstellkraft verstanden werden, die zu- sätzlich zu der Rückstellkraft gemäß Kurve a aufgebracht wird.

Vorzugsweise wird der durch Aktivierung der Stelleinrichtung erzeugte zusätzliche Rückstellkraftbetrag dR vom Wert Null auf einen Maximalwert vergrößert. Ist die- ses Signal noch nicht ausreichend, den Fahrer zu veranlassen, zu der definierten Betriebsbedingung zurückzukehren, dann wird der zusätzliche Rückstellkraftbe- trag dR schlagartig oder sprunghaft auf den Wert Null reduziert, wie Fig. 4 zeigt.

Das vorgestellte Verfahren wird im folgenden anhand eines konkreten Beispiels erläutert : Bei Fahrt auf einer für Telematiksysteme geeigneten Strasse wird ein der zulässigen Höchstgeschwindigkeit entsprechendes Geschwindigkeitssignal an die Steuer-und Regeleinrichtung 22 des Kraftfahrzeugs übermittelt und dort stän- dig mit der momentanen Fahrgeschwindigkeit verglichen. Falls die momentane Fahrgeschwindigkeit unterhalb der zulässigen Höchstgeschwindigkeit liegt, kon- taktiert die Nockenfläche 36 den Zapfen 40 der Federaufnahme 16 in ihrem Null- punkt 42. Folglich ist der zusätzliche Rückstellkraftbetrag dR gleich Null. Falls

nun ein Zustand eintritt, in welchem die Fahrzeuggeschwindigkeit die zulässige Höchstgeschwindigkeit geringfügig überschreitet, was in Fig. 4 dem Punkt c ent- sprechen soll, so veranlasst die Steuer-und Regeleinrichtung 22 eine Drehung der Motorwelle des Schrittmotors 24 bis der Scheitelpunkt 44 der Nockenfläche 36 den Zapfen 40 der Federaufnahme 16 kontaktiert. Die hierdurch hervorgerufene Vergrößerung der Vorspannung der Rückstellfederanordnung 12 resultiert in einer spürbaren Steigerung der Rückstellkraft des Fahrpedals 2, welche dem Fahrer signalisiert, den Druck auf das Fahrpedal 2 zurückzunehmen. Falls er dies nicht tut bzw. falls er die Fahrgeschwindigkeit noch weiter steigert, so wird der Exzen- ternocken 34 über seinen Scheitelpunkt 44 hinaus verdreht, bis wieder der Null- punkt 42 dem Zapfen 40 der Federaufnahme 16 gegenüberliegt. Aufgrund der relativ hohen Steigung des abfallenden Abschnitts 48 der Nockenfläche 36 wird der zusätzliche Vorspannweg und damit auch der zusätzliche Rückstellkraftbetrag dR am Fahrpedal 2 schlagartig oder sprunghaft reduziert.

Wie anhand von Fig. 1 leicht vorstellbar ist, ist die Verstellung der Vorspannung der Rückstellfederanordnung bzw. der Rückstellkraft in jeder Stellung des Fahr- pedals 2 möglich, insbesondere auch bei Vollaststellung. Somit wird die Rück- stellkraft vorzugsweise innerhalb eines Kraftbereichs verändert oder verstellt, in welcher der Fahrer weiterhin in der Lage ist, das Fahrpedal 2 in Vollaststellung zu bringen ; um etwa einen Überholvorgang trotz Geschwindigkeitsbeschränkung si- cher abschließen zu können.

Die zeitliche Abfolge der Erzeugung, Erhöhung und schlagartigen oder sprung- haften Reduzierung des zusätzlichen Rückstellkraftbetrages dR am Fahrpedal 2 kann abhängig von den jeweiligen Erfordernissen durch eine entsprechende Pro- grammierung der Steuer-und Regeleinrichtung 22 beliebig vorgegeben werden.

Weiterhin kann die Vergrößerung und schlagartige Reduzierung der Rückstellkraft einmalig oder mehrmals hintereinander erfolgen durch mehrmalige Umdrehung des Exzenternockens 34. Darüber hinaus kann durch entsprechende Ansteuerung des Schrittmotors 24 auch die

Geschwindigkeitscharakteristik-langsame Steigerung und schlagartige Reduzie- rung des zusätzlichen Rückstellkraftbetrages dR-beispielsweise dahingehend verändert werden, dass die Steigerung ebenfalls sehr schnell erfolgt.

Anstatt eines Exzenternockens 34 wie beim bevorzugten Ausführungsbeispiel kann im Rahmen der Stelleinrichtung 22 jedes beliebige andere Stellglied wie bei- spielsweise ein Kurvengetriebe verwendet werden, solange es nur möglich ist, den zusätzlichen Rückstellkraftbetrag dR schlagartig zu reduzieren. Zwar ermög- licht der Exzenternocken 34 gemäß Fig. 2 eine stufenlose Einstellung der zusätzli- chen Vorspannung zwischen dem Wert Null und dem Maximalwert, jedoch ist auch eine gestufte Einstellung mittels entsprechend ausgestalteter Stellglieder möglich. Weiterhin kann die Rückstellkraft am Fahrpedal 2 auch auf andere Wei- se als durch ein mechanisches Stellglied variiert werden, beispielsweise durch e- lektromagnetische, pneumatische oder hydraulische Stellglieder. Ebenso kann die Erfindung anstatt an einem stehenden Fahrpedal 2 auch an einem hängenden Fahrpedal angewandt werden.