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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pedalsystem für eine mittels Fuß ausübbare Befehlseingabe, insbesondere ein Pedalsystem für die mittels Fuß ausübbare Befehlseingabe bei einem Kraftfahrzeug, umfassend ein Fußpedal, einen ersten Wegsensor zur Erfassung eines Verstellwegs des Fußpedals, sowie ein Steuergerät, welches in Abhängigkeit von einem durch den Wegsensor ermittelten Sensorausgangssignal ein Steuersignal zur Ansteuerung eines Aktuators erzeugt.
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Ein Grund für schwere PKW- und LKW-Unfälle können lose Teile im Fußraum des Fahrzeugs sein. Hierbei können die losen Teile hinter das Kupplungs-, Brems- oder Gaspedal gelangen und beim Betätigen des Fußpedals verklemmen und somit den gewollten Effekt einer Bremsung beispielsweise nicht weiterleiten.
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Aktuell werden Pedale, je nach Fahrzeugmodell, immer weiter vom eigentlichen Bremssystem entkoppelt. Das heißt, es besteht keine direkte Verbindung mehr zwischen der auf das Bremspedal ausgeübten Bremspedalkraft und/oder dem dadurch erzeugten Bremspedalweg auf der einen Seite und der die Bremskraft erzeugenden Fahrzeugbremse auf der anderen Seite. Mittels einer Sensorik wird der Wegverlauf des Pedals aufgezeichnet und ausgewertet. Anhand der Messergebnisse wird beispielsweise durch einen Elektromotor bzw. eine Hydraulikpumpe eine Bremskraft bzw. ein Bremsmoment an der Scheibenbremse eingestellt. Diese Pedale werden auch als elektronische Pedale bezeichnet.
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Befindet sich ein Objekt hinter dem Pedal und der Fahrer möchte das Pedal betätigen um ein Fahrmanöver einzuleiten kann es zu Verklemmungen bzw. Behinderungen kommen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Pedalsystem mit einem Fußpedal bereitzustellen, welches im Hinblick auf die Betriebssicherheit weiter verbessert ist. Ziel ist es, die Aktion des Fahrers (beispielsweise einleiten eines Bremsvorgangs) zu erkennen und für den Fall, dass ein Objekt sich hinter dem Pedal befindet oder das Pedal verklemmt ist und eine automatische Rückstellung unterbleibt, trotzdem die gewünschte Reaktion im System auszulösen, um eine gefährliche Situation im Betrieb, beispielsweise im Straßenverkehr, zu verhindern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Pedalsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Ein erfindungsgemäßes Pedalsystem für eine mittels Fuß ausübbare Befehlseingabe, insbesondere ein Pedalsystem für die mittels Fuß ausübbare Befehlseingabe bei einem Kraftfahrzeug, umfasst ein Fußpedal, einen ersten Wegsensor zur Erfassung eines Verstellwegs des Fußpedals, sowie ein Steuergerät welches in Abhängigkeit von einem durch den Wegsensor ermittelten Sensorausgangssignal ein Steuersignal zur Ansteuerung eines Aktuators erzeugt, wobei zusätzlich ein erster Kraftsensor zur Erfassung einer auf das Fußpedal einwirkenden Betätigungskraft vorgesehen ist, und wobei das Steuergerät derart ausgebildet ist, dass das Steuersignal zur Ansteuerung des Aktuators zusätzlich in Abhängigkeit von dem durch den Kraftsensor ermittelten Sensorausgangssignal erzeugt wird.
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Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass auch in Fällen, in denen das Fußpedal blockiert ist, und in denen trotz erhöhter Betätigungskraft das Fußpedal nicht weit genug verstellt werden kann um eine entsprechende Wirkung (etwa Bremskraft) anzufordern, diese Situation erkannt wird und Maßnahmen zur Einleitung eines sicheren Zustands einleitbar sind. Ebenso verhält es sich etwa bei Situationen in denen das Fußpedal, etwa aufgrund eines Verklemmens, durch eine entsprechende Rückstelleinrichtung nicht automatisch wieder zurück in die Ausgangslage verstellt werden kann. Auch eine derartige Situation kann mittels der Erfindung erkannt werden, so dass auch hier entsprechende Notmaßnahmen einleitbar sind.
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Ein vorstehend beschriebens Fußpedal, bei dem keine direkte mechanische oder hydraulische Verbindung zu dem von ihm zu betätigenden Aktuator besteht, sondern welches vielmehr als elektronischer Signalgeber fungiert (sogenanntes break-by-wire oder clutch-by-wire System oder dergleichen), wird auch als elektronisches Fußpedal bezeichnet. Bei elektronischen Pedalen/Fußpedalen wird mit Hilfe einer Sensorik durch elektrische Potentiometer, Dehnungsmessstreifen, Piezoelemente oder dergleichen, ein Wegsignal oder ein Kraftsignal in ein elektrisches Stellsignal gewandelt und ein Aktuator (wie ein Bremszylinder oder ein Kupplungsbetätiger oder dergleichen) in Abhängigkeit von diesem Stellsignal angesteuert und betätigt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Fußpedal als Gaspedal oder als Bremspedal oder als Kupplungspedal, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ausgebildet ist. Hierdurch können kritische Siutuationen, etwa Situationen, in denen sich unter einem Gas-, Brems- oder Kupplungspedal im Fußraum herumliegende Gegenstände verklemmen, mit verbesserter Sicherheit bewältigt werden.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der Kraftsensor zur Erfassung des Verstellwegs des Fußpedals unmittelbar am Fußpedal selbst, insbesondere am Fußpedalkopf, oder am Fußpedalhals oder in Betätigungsrichtung hinter dem Fußpedal an einem Bodenteil angeordnet ist. Hierdurch wird mit einfachen Mitteln eine Verbesserung der Betriebssicherheit erreicht. Ferner wird eine erhöhte Montage- und Wartungsfreundlichkeit erreicht, da die Sensorik an den vorgesehenen Stellen einfach zu montieren bzw. auszutauschen ist.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Wegsensor zur Erfassung der auf das Fußpedal einwirkenden Betätigungskraft unmittelbar am Fußpedal selbst, insbesondere am Pedalhals oder in Betätigungsrichtung hinter dem Fußpedal an einem Bodenteil angeordnet ist, was ebenfalls zum einen eine Verbesserung der Betriebssicherheit mit einfachen Mitteln sowie eine erhöhte Montage- und Wartungsfreundlichkeit zur Folge hat.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Steuergerät derart ausgebildet ist, dass das durch den Kraftsensor ermittelte Sensorausgangssignal für das mittels des Wegsensors ermittelte und die Pedalauslenkung repräsentierende Sensorausgangssignal verglichen wird mit einem für diese Pedalauslenkung hinterlegten Referenzsignal für die Betätigungskraft, wobei im Falle einer definierten Abweichung zwischen dem Referenzsignal für die Betätigungskraft und dem das durch den Kraftsensor ermittelten Sensorausgangssignal, ein Warnsignal zur Alarmierung des Fahrzeugführers und/oder ein Notsteuersignal zur automatischen Herstellung eines definierten sicheren Zustands erzeugt wird. In einer Weiterbildung dieses Gedankens kann das Steuergerät derart ausgebildet sein, dass das durch den Kraftsensor ermittelte Sensorausgangssignal für das mittels des Wegsensors ermittelte und die Pedalauslenkung repräsentierende Sensorausgangssignal verglichen wird mit einem für diese Pedalauslenkung hinterlegten Referenzsignal für die Betätigungskraft, wobei unterschieden wird zwischen einem definierten Referenzsignal, welches eine Abweichung definiert die oberhalb einer maximalen Sollkraft liegt und einem definierten Referenzsignal, welches eine Abweichung definiert die unterhalb einer minimalen Sollkraft liegt.
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Durch eine derartige Ausgestaltung beziehungsweise Programmierung des Steuergeräts können kritische Zustände von Fußpedalen mit einer hohen Sicherheit detektiert werden in der Weiterbildung der Erfindung entsprechend unterschieden und klassifiziert werden (zu hohe Betätigungskraft bei Betätigung bzw. zu niedrige Kraft im Falle einer nicht erfolgten automatischen Rückstellung), wodurch mit gezielten Maßnahmen dann kritische Situationen entschärft werden können bzw. diesen entgegengewirkt werden kann.
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Zusammenfassend soll mit Hilfe der Erfindung mittels eines weiterentwickelten elektronischen Fußpedals nicht nur das Weg-Signal des Fußpedals sondern auch die Betätigungskraft am Fußpedal aufgenommen bzw. ausgewertet und hierdurch die Betriebssichert derartiger Systeme verbessert und Unfälle aufgrund von Problemen in der Pedalerie weitestgehend vermieden werden. Dies kann durch einen Kraftaufnehmer am Fußpedal selbst oder direkt dahinter geschehen. Entspricht die Betätigungskraft nicht dem im Normalfall dazugehörigem Weg, soll ein Notfallsystem aktiviert werden, bei dem das Fahrzeug sicher zum Stehen gebracht wird. Hierbei kann aktiv eine Bremsung eingeleitet werden bzw. der Motor durch die Kupplung vom Getriebe getrennt werden und/oder ein Beschleunigen des Fahrzeugs verhindert werden.
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Im Folgenden soll kurz anhand einer Notbremsung die erfindungsgemäße Funktionsweise erörtert werden. Im Fall einer Notbremsung kann anstatt eines immer ständig messenden Kraftsensors auch nur ein Kraftschalter verbaut werden, der bei einer hohen Betätigungskraft am Pedal ein boolescher Wert an das Steuergerät leitet und dies mit dem Pedalweg vergleicht. Liegt der errechnete Wert außerhalb des Toleranzbereichs wird eine Notfallsystem aktiviert und das Fahrzeug zum Stillstand gebracht.
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Des Weiteren können auch mehrere Notfallszenarien abgebildet werden. Wird das Pedal durch ein Hindernis nur leicht beeinflusst können kleine Korrekturen beim Fahrzeug eingeleitet werden. Beeinflusst das Hindernis den Pedalweg stark, kann das Fahrzeug autonom zum Stillstand gebracht werden. Durch das System lässt sich auch ein Hängenbleiben des Pedals bei der Rückwärtsbewegung ermitteln. Bleibt das Gaspedal beispielsweise in der max. Position, obwohl der Fahrer keine Kraft mehr auf das Pedal ausübt, kommt es zu einer ungewollten Beschleunigung des Fahrzeugs. Durch die Kraft-Wegauswertung der Pedale kann die Beschleunigung softwareseitig unterbrochen werden. Bei jedem Eintritt in den Fehlermodus kann der Fahrer über eine Anzeige über eine Pedalfehlfunktion zusätzlich informiert werden.
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Die Anwendung eines Pedalsystems gemäß der Erfindung ist nicht auf Kraftfahrzeuge beschränkt, sie kann vielmehr auf jedes Fahrzeug angewendet werden, bei dem Pedale für sicherheitsrelevante Betätigungen eingesetzt werden, unter anderem auch im Zug, im Flugzeug, im Helikopter, in der Straßenbahn und anderen System.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1 ein Pedalsystem gemäß der Erfindung, mit einem durch ein Hindernis blockten Fußpedal, in einer schematischen Darstellung,
- 2 ein erfindungsgemäßes Pedalsystem in schematischer Darstellung mit dem Hinweis auf verschiedene Sensorsysteme und verschiedene Montagepositionen für die Sensorik, und
- 3 ein Beispiel für ein Kraft-Weg Diagramm mit einem vordefinierten Sollbereich.
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Die 1 zeigt ein Pedalsystem 1 für eine mittels Fuß ausübbare Befehlseingabe, bei dem das Fußpedal 2 durch einen im Fußraum liegenden Apfel blockiert ist. Das Pedalsystem 1 umfasst ein Fußpedal 2, einen ersten Wegsensor 3 zur Erfassung eines Verstellwegs des Fußpedals 2 sowie ein Steuergerät 4, welches in Abhängigkeit von einem durch den Wegsensor 3 ermittelten Sensorausgangssignal SWeg ein Steuersignal ST zur Ansteuerung eines Aktuators 5 erzeugt. Ferner umfasst das Pedalsystem 1 einen ersten Kraftsensor 6 zur Erfassung einer auf den Pedalkopf 7 des Fußpedals 2 einwirkenden Betätigungskraft F, wobei das Steuergerät 4 derart ausgebildet ist, dass das Steuersignal ST zur Ansteuerung des Aktuators 5 zusätzlich in Abhängigkeit von dem durch den Kraftsensor 6 ermittelten Sensorausgangssignal SKraft erzeugt wird. Innerhalb des Steuergeräts 4 wird die für den ermittelten Weg gemessene Pedalkraft SKraft dann mit einem vorbestimmten und im Steuergerät 4 hinterlegten Referenzwert SRef bzw. SRef_Kraft , der in Form eines Sollwertes oder eines Sollwertbereichs in einer Tabelle oder einem Diagramm abgelegt sein kann, verglichen. Liegt der gemessene und durch das Sensorausgangssignal SKraft des Kraftsensors 6 repräsentierte Wert der Pedalkraft innerhalb des vorgegebenen Sollbereichs (SRef_Kraft ), wird ein entsprechendes Steuersignal ST an den Aktuator 5 weitergegeben und das Signal im Normalbetrieb entsprechend umgesetzt beispielsweise in Form eines normalen Bremsvorgangs. Liegt der gemessene Wert der Pedalkraft außerhalb des Sollbereichs wird ein sogenannter Notbetrieb eingeleitet, indem ein Warnsignal STWarn zur Alarmierung des Fahrzeugführers und/oder ein Notsteuersignal STNotsteuerung zur Herstellung eines definierten sicheren Zustands erzeugt wird. Beispielsweise kann ein Bremsvorgang verstärkt und das Fahrzeug zum Stillstand gebracht werden.
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Aus der 1 ist ferner ersichtlich, dass das Fußpedal 2 als Gaspedal oder als Bremspedal oder als Kupplungspedal im Fußraum eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein kann. Der Kraftsensor 6 zur Erfassung des Verstellwegs des Fußpedals 2 kann entweder unmittelbar am Fußpedal 2 selbst, insbesondere am Fußpedalkopf 7, wie es in 1 dargestellt ist, oder am Fußpedalhals 8, so wie es alternativ in 2 dargestellt ist, angeordnet sein.
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In 2 sind verschiedene Sensortypen sowie verschiedene Montagepositionen für Kraftsensoren 6 und Wegesensoren 3 dargestellt. Wie in der 2 dargestellt, kann der Wegsensor 3 zur Erfassung des Auslenk- bzw. Verstellwegs des Fußpedals 2 unmittelbar am Fußpedal 2 selbst, insbesondere am Pedalhals 8 oder in Betätigungsrichtung hinter dem Fußpedal 2 an einem Bodenteil 9 angeordnet sein. Der Wegsensor 3 kann als Potentiometer oder auch als strahlungsbasierter Sensor oder dergleichen ausgebildet sein. Der Kraftsensor 6, der in der Regel auf der Basis eines Dehnungsmessstreifens oder eines Piezoelements ausgeführt ist, ist bevorzugt im oder am Pedalkopf 7 und/oder am Pedalhals 8 insbesondere direkt unterhalb des Pedalkopfes 7 angeordnet.
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In 3 ist ein Kraft-Weg Diagramm mit einem vordefinierten Sollbereich für eine Pedalkraft F bei bestimmten Pedalverstellwegen S dargestellt. Im dargestellten Beispiel steigt die Pedalkraft F (beispielsweise die Pedalkraft eines blockierten Bremspedals) ab einem bestimmten Pedalweg S1 stark an beispielsweise aufgrund eines unter dem Fußpedal 2 eingeklemmten Teils, wie einem Apfel, wie es in 1 veranschaulicht ist. Nach nur einer (aufgrund der Blockierung) sehr geringen weiteren Verstellung des Fußpedals 2, im Pedalweg S2 übersteigt die Pedalkraft F die obere vordefinierte Grenzkraft für diesen Verstellweg und tritt in einen Diagrammbereich B1 ein. Liegt die Pedalkraft F oberhalb des Sollbereichs im Diagrammbereich B1, können erste Maßnahmen, wie eine Warnmeldung an den Fahrer und eine leichte Reduzierung der Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgen.
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Steigt die Pedalkraft F weiter an, ohne dass das Fußpedal 2 aufgrund der anhaltenden Blockierung nennenswert weiter verstellt werden kann, tritt die Kennlinie der Pedalkraft F beim Pedalweg S3 in einen noch kritischeren Diagrammbereich B2 ein, werden weitere Maßnahmen, wie beispielsweise eine Warnmeldung an den Fahrer und eine starke Reduzierung der Fahrzeuggeschwindigkeit bis zum Stillstand eingeleitet.
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Für den (nicht dargestellten) Fall, dass die Pedalkraft (beispielsweise aufgrund eines verklemmten Gaspedals, welches nicht mehr durch die Rückstellkraft zurückgezogen werden kann) ab einem bestimmten Pedalweg ohne Fußbetätigung stark abfallen und in den Diagrammbereich A1 und weiter in den Diagrammbereich A2 abfallen. Auch hier würde durch Vergleich mit dem Referenzwert bzw. dem Sollwertbereich eine unzulässige Abweichung erkannt werden und erste (Diagrammbereich A1) und zweite Gegenmaßnahmen (Diagrammbereich A2) eingeleitet werden können.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pedalsystem
- 2
- Fußpedal
- 3
- Wegsensor
- 4
- Steuergerät
- 5
- Aktuators
- 6
- Kraftsensor
- 7
- Fußpedalkopf
- 8
- Fußpedalhals
- 9
- Bodenteil
- SWeg
- Sensorausgangssignal, Wegsensor
- SKraft
- Sensorausgangssignal, Kraftsensor
- ST
- Steuersignal
- SRef_Kraft
- Referenzsignal, Betätigungskraft
- SRef
- Referenzsignal
- STwarn
- Warnsignal
- STNotsteuerung
- Notsteuersignal
- F
- Betätigungskraft