Titel

Pedalvorrichtung mit einer Positionierungseinrichtung

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Pedalvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Betätigungselement zum Betätigen einer Funktion durch einen Benutzer sowie einer Positionierungseinrichtung zum Positionieren des Betätigungselements in eine erste Position und eine zweite Position. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer derartigen Pedalvorrichtung in einem Kraftfahrzeug.

In Kraftfahrzeugen, wie Personenkraftwägen oder Lastkraftwägen, werden Pedalvorrichtungen eingesetzt, mit denen ein Fahrer als Benutzer das Kraftfahrzeug bzw. Fahrzeug beschleunigen oder bremsen kann. Dazu ist in einem Fußraum des Fahrzeugs zum Bremsen ein Bremspedal als Pedalvorrichtung und zum Beschleunigen ein Beschleunigungspedal bzw. Gaspedal als Pedalvorrichtung vorgesehen. Sowohl das Bremspedal als auch das Gaspedal ragen aus einer den Fußraum schaffenden Bodenoberfläche mittels einer Pedalstange hervor. Quer zur Pedalstange ist jeweils eine Pedaltrittfläche angeordnet. Auf die jeweilige Pedaltrittfläche übt der Benutzer je nach Bedarf mit seinem Fuß Druck aus und bewegt damit die Pedaltrittfläche und die daran gekoppelte Pedalstange von einer Ausgangsposition in eine Arbeitsposition. Damit wird mit einer an das Bremspedal gekoppelten Fahrzeugbremsanlage eine Bremsfunktion und mit einem an das Gaspedal gekoppelten Fahrzeugantrieb eine Beschleunigungsfunktion erreicht. Beim Loslassen durch den Benutzer wird die Pedaltrittfläche mittels der Pedalstange und einer federnden Abstützung wieder von der Arbeitsposition in die Ausgangsposition zurückgedrängt. Weiterentwicklungen bei Fahrzeugen bieten neue Möglichkeiten zur Gestaltung von solchen Pedalvorrichtungen. Auch neue Anforderungen werden gestellt. Solche Weiterentwicklungen sind zum Beispiel Brake-by-Wire-Systeme, bei denen eine Kopplung zwischen einem Pedal und einer Bremse durch eine rein elektronische Signalübertragung erfolgt, ein autonomes Fahren und elektrisch angetriebene Fahrzeuge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine betriebssichere Pedalvorrichtung zu schaffen, mit der eine Funktion, insbesondere eine Bremsfunktion oder eine Beschleunigungsfunktion, in einem Kraftfahrzeug bereitstellbar ist.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß ist eine Pedalvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, geschaffen, mit einem Betätigungselement zum Betätigen einer Funktion durch einen Benutzer sowie einer Positionierungseinrichtung zum Positionieren des Betätigungselements in eine erste Position und eine zweite Position. Dabei liegt die erste Position des Betätigungselements bündig oder unterhalb oder geringfügig oberhalb einer mittels einer Umgebung des Betätigungselements gebildeten Oberfläche und die zweite Position des Betätigungselements im Vergleich zur ersten Position weiter oberhalb von der mittels der Umgebung des Betätigungselements gebildeten Oberfläche.

Erfindungsgemäß ist also das Betätigungselement dazu vorgesehen, dass es von einem Benutzer des Fahrzeugs zu bedienen bzw. zu betätigen ist, wenn der Benutzer eine bestimmte Funktion erreichen will. Bevorzugt ist die Funktion eine Bremsfunktion oder eine Beschleunigungsfunktion. Besonders bevorzugt ist die Brems- und Beschleunigungsfunktion mit nur einem Betätigungselement bereitgestellt. Insbesondere ist dazu das Betätigungselement in einem Fußraum einer Fahrerseite des Fahrzeugs an dessen vorderen Bodenbereich angeordnet. Dabei ist das Betätigungselement in seiner Umgebung bzw. in seinem Umgebungsbereich von einer Oberfläche bzw. Umgebungsoberfläche umgeben. Relativ zu dieser Oberfläche ist das Betätigungselement in der ersten Position bündig oder unterhalb oder geringfügig oberhalb und in der zweiten Position oberhalb oder im Vergleich zur ersten Position weiter oberhalb der Oberfläche angeordnet. Die zweite Position des Betätigungselements ist diejenige Position, in der der Benutzer das Betätigungselement bedienen kann und stellt damit dessen Ausgangsposition dar. In dieser zweiten Position kann der Benutzer mit seinem Fuß das Betätigungselement als Pedal berühren und darauf Druck ausüben. Damit wird das Betätigungselement in eine Arbeitsposition in Richtung der Umgebungsoberfläche gedrängt, was eine Funktion im Fahrzeug hervorruft. Demgegenüber ist die erste Position des Betätigungselements eine Ruheposition, bei der das Betätigungselement bündig oder unterhalb, insbesondere geringfügig unterhalb, oder geringfügig oberhalb der Umgebungsoberfläche angeordnet ist. Damit weist ein das Betätigungselement umgebender Raum mehr Platz auf. Insbesondere ist dabei der Raum der Fußraum der Fahrerseite des Fahrzeugs, der dann in seinem vorderen Bereich geräumiger ist. Zudem kann der Fuß des Benutzers in der derartigen Ruheposition nicht mit dem Betätigungselement verhaken. Besonders bevorzugt ist das Betätigungselement dabei bündig mit der Umgebungsoberfläche angeordnet. Damit ist eine ebene Fläche ohne Stufen geschaffen, die besonders gut sauber gehalten werden kann. Ferner bevorzugt ist das Betätigungselement in der ersten Position geringfügig bzw. leicht oberhalb der Umgebungsoberfläche angeordnet. Damit ist ein kleiner Vorsprung geschaffen, anhand dessen der Benutzer ohne Verhakungsgefahr gut erkennen kann, wo sich das zu bedienende Betätigungselement befindet. Im Vergleich zur ersten Position liegt dann das Betätigungselement in der zweiten Position weiter oberhalb der Umgebungsoberfläche und ist damit deutlicher bzw. stärker überstehend angeordnet.

Zum Wechseln der Positionen des Betätigungselements ist eine mit dem Betätigungselement gekoppelte Positionierungseinrichtung vorgesehen. Die Positionierungseinrichtung ist dazu angepasst, das Betätigungselement je nach Bedarf in die erste und die zweite Position zu bringen. Zusätzlich bevorzugt ist je nach Bedarf mindestens eine Zwischenposition zwischen der ersten und der zweiten Position des Betätigungselements vorgesehen.

Ferner ist das Betätigungselement erfindungsgemäß vorteilhaft blockförmig gestaltet. Damit ist eine massiver Pedalblock geschaffen, der eine stabile Auflagefläche aufweist und besonders gut kraftübertragend wirkt. Tritt ein Benutzer auf das blockförmige Betätigungselement, wird eine damit ausgeübte Kraft über den Block verteilt besonders umfangreich auf eine mit dem Betätigungselement gekoppelte Übertragungs- und Stelleinrichtung übertragen.

Bevorzugt ist das Betätigungselement ohne Hinterschnitte aus der Umgebungsoberfläche in die zweite Position zu bringen und ist dort ohne Hinterschnitte positioniert. Insbesondere ist dazu ein blockartiges Betätigungselement als Pedalblock aus der Umgebungsoberfläche herausfahrbar gestaltet. Damit kann im Falle eines Unfalls bzw. Crashfall nichts unter das Betätigungselement rutschen. Auch ein Verhaken mit dem Betätigungselement ist verhindert. Zusätzlich zu dieser erhöhten Sicherheit kann der Fußraum leicht sauber gehalten werden.

Erfindungsgemäß vorteilhaft sind das Betätigungselement und dessen Umgebung mit einem flexiblen Oberflächenelement bedeckt, derart, dass beim Positionieren des Betätigungselements in die zweite Position das flexible Oberflächenelement mittels des Betätigungselements aus der von der durch die Umgebung des Betätigungselements gebildeten Oberfläche herauszubewegen ist. Damit steht das flexible Oberflächenelement dann im Bereich des Betätigungselements von der Oberfläche ab. Das Betätigungselement liegt dabei unterhalb des flexiblen Oberflächenelements an dem Oberflächenelement an und befindet sich zusammen mit dem Oberflächenelement in der zweiten Position oberhalb der Umgebungsoberfläche. Demgegenüber sind in der ersten Position das Betätigungselement und dessen Umgebung mit dem Oberflächenelement derart bedeckt, dass das Betätigungselement und dessen Umgebung bündig zueinander sind. Eine ebene Fläche ohne Vorsprung ist geschaffen. Dabei ist bevorzugt in der ebenen Fläche eine sichtbare Markierung am Oberflächenelement im Bereich des Betätigungselements angebracht. So erkennt der Benutzer leichter, wo sich eine zu betätigende Fläche bzw. ein Betätigungsbereich befindet. Alternativ ist das Betätigungselement jeweils geringfügig unterhalb oder oberhalb von dessen Umgebung angeordnet und zusammen mit der Umgebung von dem Oberflächenelement bedeckt. Damit ist eine Fläche mit einer kleinen Mulde oder einem nur leichten Vorsprung als Erkennungsmerkmal geschaffen. Insbesondere weist das flexible Oberflächenelement eine Sichtseite und eine der Sichtseite gegenüberliegende Innenseite auf, die an dem Betätigungselement und dessen Umgebung angelegt ist. Damit ist in der ersten Position eine weitgehend ebene Sichtseite und in der zweiten Position eine Sichtseite mit einer Struktur geschaffen, bei der im Bereich des Betätigungselements ein Betätigungsbereich von der Umgebungsoberfläche absteht.

Also tritt beim Positionieren des Betätigungselements in die zweite Position mittels der Positionierungseinrichtung das Betätigungselement mit dem Oberflächenelement aus der Umgebungsoberfläche hervor. Damit fungieren die Positionierungseinrichtung, das daran gekoppelte Betätigungselement und das flexible Oberflächenelement als bewegliche Oberfläche, die aus einer ansonsten ebenen Fläche hervortritt. Eine solche Oberfläche wird auch als morphende Oberfläche bezeichnet.

Mit einer solchen morphenden Oberfläche ist selbst in der zweiten Position ein von der Umgebungsoberfläche abstehender Betätigungsbereich geschaffen, der besonders kompakt gestaltet ist. Insbesondere kann mittels des das Betätigungselement bedeckenden Oberflächenelements kein Gegenstand unter einen Bereich des Betätigungselements gelangen, dort verhaken und das Betätigungselement blockieren. Auch ein Verhaken einer Schuhsohle von offenen Schuhen oder eines Fußes des Benutzers ist verhindert. Damit ist die erfindungsgemäße Pedalvorrichtung im Vergleich zu bekannten Pedalvorrichtungen in ihrer Sicherheit verbessert.

Vorzugsweise ist das flexible Oberflächenelement mit einem Textilmaterial und/oder mit einem gummiartigen Material gestaltet. Damit ist eine besonders gute Verformbarkeit und Anpassung an das Betätigungselement in seiner jeweiligen Position erreicht.

Erfindungsgemäß vorteilhaft ist die Positionierungseinrichtung dazu angepasst, das Betätigungselement in die zweite Position zu bringen, sobald ein zugehöriger Modus aktiviert ist. Dabei ist der Modus bevorzugt eine Situation, bei der der Benutzer das Betätigungselement direkt oder mittels des flexiblen Oberflächenelements berührt. Insbesondere ist dabei der Modus bereits zu aktivieren, wenn der Benutzer in die Nähe des Betätigungselements gelangt oder eine entsprechende Körperhaltung erkannt wird. Damit ist das Betätigungselement bereits im Vorfeld in die zweite Position und damit in die für eine auszuübende Arbeit notwendige Ausgangsposition zu bringen. Eine zugehörige Funktion ist dann besonders schnell auslösbar.

Besonders bevorzugt ist der zugehörige Modus bei einem Fahrzeug mit einer autonomen Fahrfunktion ein aktivierter Modus, bei dem der Fahrer das Fahrzeug selbst bedienen will oder systembedingt die Steuerung übernehmen soll. In diesem aktivierten Modus befindet sich das Betätigungselement in der zweiten Position und kann vom Fahrer je nach Bedarf betätigt werden. Demgegenüber ist das Betätigungselement in einem inaktiven bzw. autonomen Modus in der ersten Position auf Höhe der Umgebungsoberfläche angeordnet. Damit ist im inaktiven Modus das Betätigungselement unsichtbar und im aktivierten Modus aus der Umgebung herausmorphend gestaltet. Derart gestaltet, ist ein besonders komfortabler Fußraum mit viel Platz und ohne störende Pedale mit ansprechendem Design und besonders hohen Sicherheitsstandards geschaffen. Gerade bei einem zunehmenden Autonomieanteil der Fahrt wachsen die Ansprüche des Fahrers an solche Aspekte. Zudem stellt die durch Aktivierung herausgefahrene Oberfläche ein haptisches Feedback bereit, mit dem der Fahrer, der eventuell nur kurz die Kontrolle übernehmen will oder muss, ein Gefühl seiner aufgebrachten Kraftanwendung gewinnt, die in Aktuatorik übersetzt wird.

Erfindungsgemäß ferner vorteilhaft ist zum Aktivieren des zugehörigen Modus eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Berührung des Betätigungselements und/oder einer Bewegung in Richtung des Betätigungselements vorgesehen. Dabei ist das Betätigungselement entweder direkt vom Fahrer zu berühren oder indirekt mittels des Oberflächenelements an seinem das Betätigungselement bedeckenden Betätigungsbereich. Bevorzugt ist die Erfassungseinrichtung mit einem Kamerasensor gestaltet, der mittels einer Bilderkennung erkennt, ob das Betätigungselement berührt wird bzw. der Benutzer dem Betätigungselement nahekommt. Ferner bevorzugt ist die Erfassungseinrichtung mit einem Näherungssensor zum Erkennen eines Annäherns des Benutzers an das Betätigungselement gestaltet. Damit kann schon bei einem bestimmten Abstand des Benutzers vom Betätigungselements der aktivierte Modus eingeschaltet und das Betätigungselement in die zweite Position gebracht werden. Besonders bevorzugt ist die Erfassungseinrichtung mit einem Kapazitätssensor gestaltet. Damit ist insbesondere eine Kapazität ähnlich einem kapazitiven Touchscreen auf dem Oberflächenelement bzw. dem Betätigungselement bestimmbar. Zudem bevorzugt ist die Erfassungseinrichtung fertigungstechnisch einfach mit einem Drucksensor gestaltet, der einen auf das Betätigungselement vom Benutzer ausgeübten Druck erkennt. Besonders bevorzugt ist die Erfassungseinrichtung eine Kombination der genannten Sensoren oder eines Teils der genannten Sensoren. Damit ist die Erfassungseinrichtung besonders bedarfsgerecht zu gestalten.

Des Weiteren ist die Positionierungseinrichtung erfindungsgemäß vorteilhaft mit einer pneumatischen Einrichtung gestaltet. Bevorzugt ist dazu ein pneumatischer Aktor vorgesehen, der insbesondere ein Gaskissen mit einem veränderbaren Volumen aufweist. Kostengünstig ist dabei das Gaskissen bevorzugt ein Luftkissen. Mittels des derartigen Gaskissens ist je nach dessen Volumenveränderung das Betätigungselement entsprechend zu bewegen. Von Vorteil ist dabei, dass eine solche Bewegung sehr genau hinsichtlich Weg und Geschwindigkeit gesteuert werden kann. Damit ist eine Ausfahrbewegung des Betätigungselements in die zweite Position und eine Einfahrbewegung in die erste Position sehr genau und sanft ohne ruckartige Bewegungen zu erzeugen. Zudem erfolgen diese Bewegungen am Gaskissen bzw. Aktor nahezu lautlos, sofern eine erforderliche Pumpe entsprechend verbaut ist. Ferner hat der pneumatische Aktor selbst einen sehr geringen Bauraumbedarf, was einer Bewegungsfreiheit im Fußraum zugutekommt. Zusätzlich ist der pneumatische Aktor bevorzugt zugleich als Drucksensor für einen vom Benutzer auszuübenden Druck am Betätigungselement verwendet. Ist das Gaskissen bzw. der Aktor mit Gas gefüllt bzw. aufgeblasen, dann ist das Betätigungselement bzw. das Pedal ausgefahren und bedienbar. Dabei ist ein Druck auf das Pedal durch eine Luftdruckerhöhung im Aktor gegebenenfalls über ein Ausgleichsvolumen besonders genau detektierbar. Zudem bleibt ein haptisches Gefühl der Bedienung wie bei einem klassischen Pedal erhalten. Somit ist ein sehr kompaktes, robustes und kostengünstiges Aktor-Sensor-System geschaffen. Besonders bevorzugt ist die pneumatische Einrichtung mit einem antagonistischen Doppelaktor gestaltet. Dazu sind zwei übereinanderliegende Gaskissen vorgesehen, von denen durch eine entsprechende Lagerung immer jeweils ein Kissen aufgeblasen ist und das andere Kissen entsprechend weniger Gas enthält. Insbesondere ist dabei das andere Kissen weitgehend leer. Wird das zunächst leere Kissen mit Gas gefüllt, so nimmt das Volumen des leeren Kissens zu, während das Volumen des zunächst aufgeblasenen Kissens abnimmt. Ist das Kissen mit abnehmendem Volumen dem Betätigungselement zugeordnet, so wird das Betätigungselement wieder in die erste Position eingefahren. Zum Ausfahren wird das Kissen mit verringertem Volumen mit Gas gefüllt, nimmt wieder an Volumen zu und fährt damit das Betätigungselement in die zweite Position. Bevorzugt wird dabei das Gas nicht direkt von einem Kissen in das andere Kissen gepumpt, sondern besonders bevorzugt durch eine Pumpe in das jeweilige Kissen. Aus dem jeweils gefüllten Kissen entweicht das Gas dann durch ein jeweils zugehöriges Ventil. Mit diesem antagonistischen Doppelaktor-Prinzip ist das Betätigungselement kontrolliert, kompakt, robust, kostengünstig und leise in die jeweilige Position zu bringen.

Zudem ist erfindungsgemäß vorteilhaft die Positionierungseinrichtung mit einer elektromechanischen Einrichtung gestaltet, die bevorzugt einen Stellmotor aufweist. Damit ist eine Lage zugehöriger Bauteile mechanisch mit einem Elektromotor als Regelorgan bedarfsgerecht und effizient so veränderbar, dass das Betätigungselement wechselseitig in die jeweilige Position zu bringen ist.

Überdies ist erfindungsgemäß vorzugsweise die Positionierungseinrichtung mit einer elektromagnetischen Einrichtung bzw. mit einem elektromagnetischen Aktor gestaltet. Damit ist die Positionierungseinrichtung besonders einfach zu steuern und verbraucht zugleich besonders wenig Bauraum.

Ferner ist die Positionierungseinrichtung erfindungsgemäß vorteilhaft noch platzsparender mit einem Aktor-Werkstoff, bevorzugt mit einem Form- Gedächtnis-Material gestaltet. Solche Materialien sind bevorzugt Form- Gedächtnis-Legierungen (FGL, shape memory alloy, SMA). Das sind spezielle Metalle, die in zwei unterschiedlichen Kristallstrukturen auftreten. Ein Phasenübergang zwischen den beiden Kristallstrukturen erfolgt bevorzugt mittels einer Temperaturänderung und besonders bevorzugt mittels einer mechanischen Spannung. Damit wird eine Verformung erreicht, die selbst bei einer starken Verformung wieder in ihre frühere Form zurückgeht. Bevorzugt formt dabei das Form-Gedächtnis-Material mittels einer Temperaturänderung und/oder eines magnetischen Feldes das Betätigungselement bzw. Pedal bzw. die Plattenoberfläche.

Erfindungsgemäß vorteilhaft ist damit die Positionierungseinrichtung mit einer thermisch und/oder magnetisch gesteuerten Einrichtung gestaltet. Dabei ist mit einer Temperaturerhöhung des Form-Gedächtnis-Materials eine als Austenit genannte Hochtemperaturphase und mit einer Temperaturerniedrigung eine als Martensit genannte Niedrigtemperaturphase zu erreichen. Innerhalb der Martensit-Phase sind zwei Kristallstrukturen möglich, die durch Erwärmen und anschließendes Abkühlen ineinander übergehen (Austenit-Martensit-Übergang). Außer oder zusätzlich zu einer solch thermisch anregbaren Form-Gedächtnis- Legierung ist auch eine magnetisch angregbare Form-Gedächtnis-Legierung einsetzbar, bei der aufgrund eines äußeren Magnetfelds eine Formänderung erfolgt. Solche magnetische Form-Gedächtnis-Legierungen werden im Englischen als magnetic shape memory alloy (MSMA) bezeichnet.

Bevorzugt ist als Form-Gedächtnis-Legierung eine Nickel-Titan-Legierung (NiTi, Nitinol) und besonders bevorzugt eine Nickel-Titan-Kupfer-Legierung (NiTiCu) eingesetzt. Solche Legierungen weisen ein besonders gutes Formgedächtnis auf. Dabei ist eine jeweils zugehörige Umwandlungstemperatur für den Austenit- Martensit-Übergang von einem Mengenverhältnis der einzelnen Metalle zueinander abhängig. Bedarfsgerecht ist damit durch Variation des Mengenverhältnisses bzw. der Stöchiometrie ein bei Raumtemperatur pseudoelastisches oder pseudoplastisches Verhalten zu erzeugen.

Ferner bevorzugt ist als Form-Gedächtnis-Legierung eine Kupfer-Zink-Legierung (CuZn), Kupfer-Zink-Aluminium-Legierung (CuZnAI) und/oder Kupfer-Aluminium- Nickel-Legierung (CuAINi) verwendet. Solche Legierungen sind besonders kostengünstig. Auch eine Eisen-Nickel-Aluminium-Legierung (FeNiAl), Eisen- Mangan-Silizium-Legierung (FeMnSi) und/oder Zink-Gold-Kupfer-Legierung (ZnAuCu) ist einsetzbar. Besonders bevorzugt ist als Form-Gedächtnis-Material ein Form-Gedächtnis- Polymer (FGP, shape-memory polymers, SMP) verwendet. Solche Polymere weisen dank ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit besonders geringe Schaltzeiten auf. Bevorzugt ist dabei das Form-Gedächtnis-Polymer mittels einer Erwärmung über eine zugehörige Schalttemperatur anzuregen. Besonders bevorzugt ist das Form-Gedächtnis-Polymer ein Polymer, das durch Licht einer bestimmten Wellenlänge anzuregen ist. Als solches Polymer sind insbesondere Butylacrylate eingesetzt, die an ihren Seitenketten über Zimtsäure-Gruppen verfügen. Diese Zimtsäure-Gruppen vernetzen unter UV-Licht einer bestimmten Wellenlänge und fixieren damit eine Form. Die Vernetzungen sind durch ein Bestrahlen mit einer anderen Wellenlänge derart lösbar, dass es zu einer Rückstellung in die ursprüngliche Form kommt. Erfindungsgemäß vorteilhaft ist mit einem solchen Form-Gedächtnis-Polymer die Positionierungseinrichtung mit einer lichtinduziert gesteuerten Einrichtung gestaltet. Damit ist die Positionierungseinrichtung besonders schnell und energiesparend zu steuern.

Ferner ist die Positionierungseinrichtung erfindungsgemäß vorteilhaft mit einer magnetohydrodynamisch gesteuerten Einrichtung gestaltet. Als besonders geeignet hat sich dazu vorteilhafterweise eine bei Raumtemperatur flüssige Metall-Legierung bzw. ein Flüssigmetall, insbesondere GalnSn (Gallium, Indium, Zinn), erwiesen. Bei einem Druck auf das Betätigungselement und einer damit verbundenen Komprimierung des Flüssigmetalls wird die Leitfähigkeit des Flüssigmetalls verändert. Damit dient das Flüssigmetall bevorzugt zugleich als Sensor. Vorzugsweise ist dazu die Positionierungseinrichtung mit einem magnetohydrodynamischen Flüssigmetallaktor gestaltet, bei dem ein Druck mittels einer elektrischen Ansteuerung des Flüssigmetalls zu steuern ist. Insbesondere ist dabei eine flexible Fläche mittels verschiedener einzelner Flächenelemente gebildet, die unterschiedlich ansteuerbar sind, wovon mindestens ein einzelnes Flächenelement als Betätigungselement dient.

Eine solche magnetohydrodynamische Einrichtung ist elektrisch zu triggern, wodurch sich das Flüssigmetall in eine Richtung bewegt und damit einen Druck auf eine Fläche ausübt. Zum Erhöhen des Druckes ist bevorzugt eine Serienschaltung eingesetzt. Besonders bevorzugt sind viele einzelne Elemente vorgesehen, die insbesondere als kleine Stiftflächen gestaltet sind. Die vielen Elemente bilden insgesamt das Betätigungselement bzw. Pedal und sind je nach Bedarf unterschiedlich anzusteuern. Mittels einer unterschiedlichen und nacheinander zunehmenden Ausfahrhöhe der einzelnen Elemente wechselt ein flaches Pedal dann in ein schräggestelltes Pedal. Bevorzugt sind dabei die Elemente mit einem flexiblen Oberflächenelement oder besonders stabilisierend mit einer Auflageplatte bedeckt.

Erfindungsgemäß vorzugsweise ist die mit dem Betätigungselement zu betätigende Funktion eine Bremsfunktion. Damit ist ein besonders sicheres Bremsen auch mit offenen Schuhen, wie zum Beispiel Flip Flops, ermöglicht. Vor allem in Notbremssituationen ist die Sicherheit mit einem solchen Bremspedal erheblich erhöht. Ferner sind weitere, bereits genannte Vorteile erreicht.

Ferner ist erfindungsgemäß vorteilhaft die mit dem Betätigungselement zu betätigende Funktion eine Beschleunigungsfunktion. Damit ist ebenso ein besonders sicheres Beschleunigen ermöglicht. Mit einem solchen Gaspedal werden zudem die bereits genannten Vorteile erzielt.

Ganz besonders vorteilhaft ist die mit dem Betätigungselement zu betätigende Funktion je nach Bedarf eine Brems- und Beschleunigungsfunktion. Damit ist eine Pedalvorrichtung geschaffen, mit der nur ein Pedal für das Bremsen und Beschleunigen benötigt ist. Insbesondere ist in elektrischen Fahrzeugen zukünftig nur eine Pedalvorrichtung vorgesehen, mit dem das Beschleunigen und das Bremsen über Rekuperation übernommen ist. Dabei ist ein Bremsprozess mittels eines Loslassens des Betätigungselements durch Rekuperation zu triggern. Notfallbremsungen sind bevorzugt durch einen sehr starken vom Fahrer ausgeübten Druck erkennbar, während bei einer Beschleunigung im Gegensatz nur wenig Druck notwendig ist. Besonders bevorzugt ist ein dabei auf das Betätigungselement ausgeübter und von einer entsprechenden Sensorik gemessener Kraftaufwand des Fahrers mittels einer Brake-by-Wire-Einrichtung weitergeleitet zu einer entsprechenden Aktuatorik, wie Bremse oder Beschleunigungseinrichtung. Zusätzlich ist bevorzugt ein Notbremsassistent als weitere Fahrfunktion vorgesehen, mit dem eine redundante automatische Notfallbremsung als zusätzlicher Sicherheitsaspekt erreichbar ist. Zudem ist besonders bevorzugt ein zweites, erfindungsgemäß morphendes Betätigungselement vorgesehen, das als Notbremse betätigt werden kann.

Zudem betrifft die Erfindung eine Verwendung einer derartigen Pedalvorrichtung in einem Kraftfahrzeug, bevorzugt als Bremspedal und/oder Beschleunigungspedal. Dabei fährt das Pedal ohne Hinterschnitt und nur bei Bedarf aus einer Bodenfläche eines Fahrzeugfußraums heraus, womit eine besonders hohe Sicherheit beim Fahren erreicht wird. Zusätzlich steht viel Platz im Fußraum zur Verfügung, mit dem die Beine des Benutzers entsprechend viel Bewegungsfreiheit haben. Auch werden Anforderungen an ein minimalistisches Design erfüllt, mit dem unter Umständen gefährdende Ablenkungen beim Fahren des Fahrzeugs vermieden werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Pedalvorrichtung in eingefahrenem Zustand, und Fig. 2 die Ansicht gemäß Fig. 1 in ausgefahrenem Zustand.

Die Fig. 1 bis 2 zeigen stark schematisiert eine Pedalvorrichtung 10 eines weiter nicht dargestellten Kraftfahrzeugs bzw. Fahrzeugs. Mit der Pedalvorrichtung 10 ist je nach Bedarf eine Brems- und eine Beschleunigungsfunktion zu betätigen. Dazu umfasst die Pedalvorrichtung 10 einen Pedalblock bzw. ein blockförmiges Betätigungselement 12, das in Richtung eines nur angedeuteten Innenraums 14 des Fahrzeugs komplett mit einem flexiblen Oberflächenelement 16 bedeckt ist. Dabei weist das flexible Oberflächenelement 16 eine zum Innenraum 14 gewandte Sichtseite 18 und eine der Sichtseite 18 gegenüberliegende Innenseite 20 auf. Die Innenseite 20 liegt an dem Betätigungselement 12 und zusätzlich an einer mittels einer Umgebung 22 des Betätigungselements 12 gebildeten Umgebungsoberfläche bzw. Oberfläche 24 an. Damit überdeckt das flexible Oberflächenelement 16 die Oberfläche 24 und das Betätigungselement 12.

Das Betätigungselement 12 ist in einer ersten Position 26 bündig zu der Oberfläche 24 angeordnet, womit die Sichtseite 18 des flexiblen Oberflächenelements 16 eben gestaltet ist (Fig. 1). Derart gestaltet, liegt ein besonders großer Innenraum 14 ohne Bodenstufe in der ersten Position 26 vor. Die erste Position 26 ist eine Ruheposition, in der das Betätigungselement 12 von einem Benutzer des Fahrzeugs nicht betätigbar bzw. nicht bedienbar ist.

Will der Benutzer bzw. Fahrer die Pedalvorrichtung 10 betätigen, so nähert er sich mit seinem Fuß dem Betätigungselement 12. Dabei wird der Fuß in seiner Näherungsbewegung von einer Erfassungseinrichtung 28 erfasst, die vorliegend eine Kombination aus Kamerasensor und Drucksensor ist. Von dort wird ein erfasstes Signal weiter zu einer Regeleinrichtung 30 geleitet, die signalübertragend mit einer Positionierungseinrichtung 32 gekoppelt ist.

Bei einer entsprechenden Signalübertragung von der Regeleinrichtung 30 auf die Positionierungseinrichtung 32 wird ein Modus 34 aktiviert. Bei diesem aktivierten Modus 34 wird das Betätigungselement 12 mit der Positionierungseinrichtung 32 von der ersten Position 26 in eine zweite Position 36 gebracht. Dabei liegt die zweite Position 36 oberhalb von der Oberfläche 24 (Fig.2). Also fährt das Betätigungselement 12 beim Positionieren in die zweite Position 36 aus einer Ebene der Oberfläche 24 heraus und hebt im Bereich des Betätigungselements 12 das flexible Oberflächenelement 16 hervor. Damit weist die Sichtseite 18 eine Struktur auf, bei der im Bereich des Betätigungselements 12 ein Betätigungsbereich 38 von der Oberfläche 24 absteht. Also ist insgesamt mit der Pedalvorrichtung 10 eine morphende Oberfläche geschaffen, bei der ein dreidimensionales Pedal als Betätigungselement 12 aus der Oberfläche 24 hervortritt, sobald sich der Benutzer nähert.

In dieser hervorgetretenen, zweiten Position 36 des Betätigungselements 12 ist das Betätigungselement 12 als Pedal von dem Fahrer bedienbar. Beim Treten auf das Betätigungselement 12 wird durch das Ausüben von Druck eine bremsende oder beschleunigende Funktion auf eine nicht gezeigte Brems- oder Beschleunigungseinrichtung übertragen. Dazu ist eine ebenfalls nicht gezeigte Übertragungs- und Stelleinrichtung vorgesehen, die ein hydraulisches System oder ein Brake-by-Wire-System sein kann. Die Positionierungseinrichtung 32 ist vorliegend mit einem antagonistisch wirkenden, pneumatischen Doppelaktor als pneumatische Einrichtung 40 gestaltet. Die Einrichtung 40 umfasst ein unterhalb des Betätigungselements 12 angeordnetes erstes Luftkissen 42 und ein unterhalb des ersten Luftkissen 42 angeordnetes zweites Luftkissen 44. Die beiden Luftkissen 42 und 44 wirken jeweils als Lufttasche zum wechselseitigen Aufnehmen von Luft. Dabei ist Luft in einem vordefinierten sowie von den Luftkissen 42 und 44 begrenzten Luftvolumen in den beiden Luftkissen 42 und 44 insgesamt aufgenommen. Die im Luftvolumen aufgenommene Luft kann je nach Bedarf zwischen den beiden Luftkissen 42 und 44 hin und her verschoben werden. Dazu ist eine die beiden Luftkissen 42 und 44 luftleitend verbindende Leitung 46 sowie ein in der Leitung 46 angeordnetes, bei Bedarf zu öffnendes oder verschließendes Absperrelement 48 vorgesehen.

Zudem ist dazu oberhalb des ersten Luftkissens 42 zwischen dem ersten Luftkissen 42 und dem Betätigungselement 12 ein entlang einer Achse 50 hin und her verschiebbares erstes Bewegungselement 52 angeordnet. Dabei ist das erste Bewegungselement 52 mit dem Betätigungselement 12 in seiner Bewegung gekoppelt. Zudem ist das erste Bewegungselement 52 dem ersten Luftkissen 42 zugehörig und ist je nach Volumenänderung des ersten Luftkissens 42 axial zur Achse 50 in Richtung und entgegen der Richtung des Betätigungselements 12 verschiebbar geführt. Zum Führen sind zwei parallel zur Achse 50 sich erstreckende, jeweils außenseitig am ersten Bewegungselement 52 angeordnete Führungselemente 54 vorgesehen. Ferner ist das erste Bewegungselement 52 vorliegend als quer zur Achse 50 sich erstreckende Platte gestaltet, die an zwei ihrer gegenüberliegenden Außenseiten 56 jeweils an dem Führungselement 54 verschiebbar gelagert ist.

Axial zwischen dem ersten Luftkissen 42 und dem zweiten Luftkissen 44 ist ein quer zur Achse 50 sich erstreckendes, plattenförmiges Fixelement 58 vorgesehen. Das Fixelement 58 ist statisch befestigt und damit nicht bewegbar in der Pedalvorrichtung 10 angeordnet. Ferner ist axial unterhalb des zweiten Luftkissens 44 ein zugehöriges zweites Bewegungselement 60 angeordnet, das auch als Platte gestaltet und außenseitig an den beiden Führungselementen 54 axial verschiebbar geführt ist. Damit ist das zweite Luftkissen 44 zwischen dem zweiten Bewegungselement 60 und dem Fixelement 58 eingeklemmt.

In der ersten Position 26 gemäß Fig. 1 ist das zweite Luftkissen 44 mit wesentlich mehr Luft als das erste Luftkissen 42 gefüllt. Bei einem Verschieben des zweiten Bewegungselements 60 in Richtung des Fixelements 58 wird das zweite Luftkissen 44 zusammengedrückt. Damit wird die darin enthaltene Luft bei geöffnetem Absperrelement 48 durch die Leitung 46 in das erste Luftkissen 42 gedrängt. Das erste Luftkissen 42 ist zwischen dem Fixelement 58 und dem ersten Bewegungselement 52 eingeklemmt. Mittels des statisch angeordneten Fixelements 58 verschiebt die derart in das erste Luftkissen 42 drängende bzw. strömende Luft das verschiebbar angeordnete erste Bewegungselement 52 axial in Richtung des Betätigungselements 12. Damit wird das Betätigungselement 12 entsprechend axial nach oben in den Innenraum 14 in dessen zweite Position 36 gemäß Fig. 2 verschoben. Dabei wird das flexible Oberflächenelement 16 im Betätigungsbereich 38 nach oben aus der Oberfläche 24 herausgehoben.

In dieser erreichten zweiten Position 36 ist die Pedalvorrichtung 10 mittels des Betätigungselements 12 von dem Fahrer betätigbar. Bei einem Ausüben von Druck durch den Fuß des Fahrers auf den Betätigungsbereich 38 wird ein im ersten Luftkissen 42 vorhandener Luftdruck erhöht, der mittels eines nicht dargestellten Drucksensors und/oder alternativ mittels eines nicht gezeigten Ausgleichsvolumens detektiert wird. Je nach detektierter Luftdruckerhöhung wird ein Brems- oder Beschleunigungsprozess ausgelöst. Dabei erfordert der Beschleunigungsprozess im Vergleich zum Bremsprozess weniger Druck durch den Benutzer und damit weniger Luftdruckerhöhung im ersten Luftkissen 42. Damit dient die als Positionierungseinrichtung 32 eingesetzte pneumatische Einrichtung 40 zugleich als Übertragungseinrichtung, mit der die gewünschte Funktion des Bremsens oder Beschleunigens auf eine jeweils zugehörige Stelleinrichtung übertragbar ist.

Um das Betätigungselement 12 von der zweiten Position 36 zurück in die erste Position 26 zu bringen, wird das zweite Luftkissen 44 von dem ersten Luftkissen 42 wieder mit Luft befüllt. Dabei wird das zweite Bewegungselement 60 axial nach unten und damit vom Betätigungselement 12 wegbewegt. Entsprechend wird das zweite Luftkissen 44 durch die Leitung 46 mit Luft aus dem ersten Luftkissen 42 gefüllt. Damit nimmt das zweite Luftkissen 44 in seinem Volumen zu. Das erste Luftkissen 42 nimmt entsprechend in seinem Volumen ab, sodass das erste Bewegungselement 52 und daran gekoppelt das Betätigungselement 12 in Richtung des Fixelements 58 verschoben wird. So wird das Betätigungselement 12 wieder in seine erste Position 26 eingefahren, bis mit dem Oberflächenelement 16 wieder eine ebene Sichtseite 18 gestaltet ist.

Zum derartigen Regeln der pneumatischen Einrichtung 40 ist die mit der Erfassungseinrichtung 28 gekoppelte Regeleinrichtung 30 zumindest mit dem Absperrelement 48 signalübertragend gekoppelt. Je nach Bedarf ist auch eine signalübertragende Kopplung mit dem zweiten Bewegungselement 60 vorgesehen.

Ferner ist eine weitere, bevorzugte Ausführungsform vorgesehen, bei der die pneumatische Einrichtung 40 kein geschlossenes Luftsystem der beiden Luftkissen 42 und 44 aufweist, wie es im bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel vorliegt. Die weitere, bevorzugte Ausführungsform entspricht größtenteils dem in Fig. 1 bis 2 dargestellten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied dazu ist jedem Luftkissen 42 und 44 ein eigenes Ventil zugeordnet, mit dem Luft aus dem zugehörigen Luftkissen 42 bzw. 44 nach außen abgelassen werden kann. Zusätzlich ist eine zentrale Pumpe vorgesehen, durch die Luft von außen im Wechsel in das erste Luftkissen 42 und in das zweite Luftkissen 44 gepumpt werden kann. Beim Pumpen von Luft in das erste Luftkissen 42 entweicht eine entsprechende Luftmenge aus dem anderen Luftkissen 44 durch das zugehörige Ventil durch Öffnen dieses Ventils. Das Betätigungselement 12 wird damit von der ersten Position 26 analog zu Fig. 1 in die zweite Position 36 analog zu Fig. 2 gebracht. In umgekehrter Richtung ist das zweite Luftkissen 44 von der zentralen Pumpe mit Luft zu befüllen, während aus dem ersten Luftkissen 42 durch das zugehörige Ventil Luft abzulassen ist.