SICHERUNG DER ORDNUNGSGEMÄßEN FUNKTION EINES FAHRZEUGPEDALS |
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申请号 | EP15158215.2 | 申请日 | 2015-03-09 | 公开(公告)号 | EP2919089B9 | 公开(公告)日 | 2017-09-20 |
申请人 | AB Elektronik GmbH; | 发明人 | Rühl, Stefan; | ||||
摘要 | |||||||
权利要求 | |||||||
说明书全文 | Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugpedal und ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugpedals. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Fahrzeugpedal mit mindestens zwei Rückstellelementen, deren Funktion überwacht werden soll. Für Fahrzeugpedale, und insbesondere für Fahrpedale, d. h. Pedale zur Steuerung der Motorleistung ("Gaspedal"), sind zur Rückstellung eines gegenüber einem Grundelement auslenkbaren Betätigungselements in Richtung einer Grundstellung Rückstellelemente bekannt. Derartige Rückstellelemente umfassen üblicherweise einerseits Federelemente, mit denen eine Rückstellkraft aufgebracht wird. Andererseits können Rückstellelemente auch zusätzliche mechanische Funktionen erfüllen wie insbesondere eine Dämpfung der Rückstellbewegung zur Erzeugung einer Hysterese. Insbesondere für Fahrpedale mit einem Sensor für die Betätigungsstellung des Betätigungselements ("E-Gas") ist es bekannt und aufgrund von Sicherheitsbestimmungen auch erforderlich, mindestens zwei Rückstellelemente vorzusehen, damit im Fall der Fehlfunktion eines Rückstellelements, bspw. bei einem Federbruch, dennoch die Rückstellung gewährleistet ist und das Betätigungselement nicht ungewollt in der Vollbetätigungsstellung verbleibt. Allerdings hat dies zur Folge, dass ein Fahrzeugpedal mit bspw. zwei Rückstellelementen, von denen eines defekt ist, weiter betrieben werden kann. Je nach Aufmerksamkeit des Benutzers kann so unter Umständen die aufgetretene Fehlfunktion unbemerkt bleiben, so dass die vorgeschriebene Redundanz im weiteren Betrieb nicht mehr gegeben ist und ein deutlich erhöhtes Risiko einer gravierenden Fehlfunktion besteht, wie insbesondere einer unbeabsichtigten Vollbetätigung. In der Ein Motor ist mit dem Fahrpedalhebel gekoppelt, um ein Moment in beliebiger Richtung darauf auszuüben. Ein zweiter Kraftsensor, bspw. Stromsensor zur Erfassung des Motorstroms, erfasst das vom Motor auf den Fahrpedalhebel ausgeübte Moment. Ein Winkelsensor erfasst die Auslenkung des Fahrpedalhebels. Eine Auswertungseinrichtung liest die Daten der Kraft- und Winkelsensoren ein und erkennt Fehlfunktionen des Fahrpedals oder des Motors. Dabei wird die Auslenkung einer Plausibilitätsprüfung unterzogen, die eine Überprüfung der Summen der auf den Fahrpedalhebel wirkenden Momente umfassen kann. So kann bspw. ein Bruch der Rückstellfeder erkannt werden. Die In der Ein Fahrzeugpedal mit einer Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung eines Drehwinkels oder eines linearen Weges aufgrund einer Relativbewegung von Federelementen ist in der Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Fahrzeugpedal und ein Betriebsverfahren hierfür vorzusehen, mit denen bei einfachem Aufbau Fehlfunktionen von Rückstellelementen erkennbar sind. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Fahrpedal gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 13. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung. Ein erfindungsgemäßes Fahrzeugpedal ist zunächst allgemein aufgebaut mit einem Grundelement, das üblicherweise ortsfest im Kfz festliegt, und einem daran beweglich angeordneten Betätigungselement, bspw. einer Pedalplatte. Das Betätigungselement kann in beliebiger Weise gegenüber dem Grundelement beweglich sein, wobei es in einem Betätigungsbereich auslenkbar ist, der begrenzt ist durch eine Grundstellung, die eingenommen wird, wenn keine äußeren Kräfte auf das Betätigungselement wirken, und einer Vollbetätigungsstellung, die die maximale Auslenkung darstellt. Das Fahrzeugpedal kann von beliebiger Bauform sein, bspw. ausgebildet als hängendes oder stehendes Pedal. Das Pedal kann verschiedene Pedalfunktionen erfüllen, bspw. auch als Bremse, wobei allerdings ein Fahrpedal bevorzugt ist. Weiter enthält das erfindungsgemäße Fahrzeugpedal mindestens zwei Rückstellelemente, mit denen die Rückstellung des Betätigungselements in Richtung der Grundstellung bewirkt wird. Die Rückstellelemente umfassen bevorzugt jeweils mindestens eine Feder von beliebiger Ausgestaltung. Weiter können die Rückstellelemente, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, einzeln oder beide mit zusätzlichen mechanischen Elementen und Funktionen versehen sein, insbesondere zur Dämpfung der Bewegung des Betätigungselements. Um einen Defekt an einem der Rückstellelemente erkennen zu können, ist erfindungsgemäß eine Konstruktion vorgesehen, bei der die Rückstellelemente an verschiedenen, voneinander im Abstand angeordneten Ansatzpunkten auf ein Gleichlaufelement wirken. Dieses ist so ausgebildet und angeordnet, dass es bei gleichzeitiger Beaufschlagung durch die ordnungsgemäß funktionierenden Rückstellelemente eine Gleichlauflage einnimmt, d. h. eine Position und/oder Ausrichtung, insbesondere gegenüber dem Grundelement, an der stets erkannt werden kann, dass Gleichlauf gegeben ist. Dabei ist die Wirkung der Rückstellelemente auf das Gleichlaufelement so ausgebildet, dass dieses bei einem Defekt eines der Rückstellelemente durch die dann veränderte Kraftwirkung aus der Gleichlauflage ausgelenkt wird. Erfindungsgemäß ist weiter eine Lageerfassungsvorrichtung zur Erfassung der Lage des Gleichlaufelements vorgesehen. Hierdurch kann ermittelt werden, ob sich das Gleichlaufelement in der Gleichlauflage befindet, oder ob es aus dieser Gleichlauflage ausgelenkt wurde und keine Gleichlauflage mehr einnimmt. Dabei ist es allerdings nicht notwendig, dass die vollständige Auswertung und Erkennung der Gleichlauflage innerhalb des Fahrzeugpedals erfolgt, sondern nur, dass diese Erkennung und Auswertung durch Elemente des Fahrzeugpedals ermöglicht wird. Die Signalauswertung und Entscheidung sowie eine angemessene Reaktion hierauf (bspw. Fehlersignal, Signalisierung an den Fahrer, etc.) selbst kann einerseits ganz oder zum Teil durch eine Baueinheit des Fahrzeugpedals selbst erfolgen, ebenso aber auch ganz oder zum Teil außerhalb des Fahrzeugpedals. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass durch einen Sensor am Fahrzeugpedal eines oder mehrere Signale erzeugt werden, aus denen eine nachgeschaltete separate Einheit, bspw. das Motorsteuergerät eines Kfz, die Gleichlauflage bzw. die daraus ausgelenkte Lage des Gleichlaufelements erkennen und geeignet darauf reagieren kann. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem die Lage des Gleichlaufelements überwacht wird und bei einer vorgegebenen Abweichung von der Gleichlauflage ein Defekt signalisiert wird, kann im Betrieb des Fahrzeugpedals stets erkannt werden, ob beide Rückstellelemente ordnungsgemäß funktionieren. Verändert sich die Kraftwirkung eines der Rückstellelemente in erheblichem Maße gegenüber der Kraftwirkung des anderen Rückstellelements, so gerät das Gleichlaufelement durch die abweichende Kraftwirkung in eine aus der Gleichlauflage ausgelenkte Lage. Dies wird erfasst, so dass die Fehlfunktion eines der Rückstellelemente erkannt wird und entsprechend signalisiert bzw. geeignet behandelt werden kann. Die Erfindung ermöglicht somit die Überwachung der ordnungsgemäßen Rückstellfunktion anhand ihrer Kraftwirkung. Dabei ist eine direkte Erfassung der einzelnen Kräfte nicht erforderlich, so dass keine krafterfassenden Sensoren wie bspw. Dehnungsmessstreifen etc. verwendet werden müssen. Die Auslenkung des Gleichlaufelements lässt sich bspw. mit bekannten Dreh- oder Linearpositionssensoren erfassen. Erfindungsgemäß ist das Gleichlaufelement so angeordnet, dass es sich bei Bewegung des Betätigungselements gegenüber dem Grundelement ebenfalls bewegt. Dabei bewegt es sich mit dem Betätigungselement, d. h. folgt dessen Bewegung. Bevorzugt sind ein erster Betätigungssensor für die Stellung eines ersten Teils des Gleichlaufelements und ein zweiter Betätigungssensor für die Stellung eines zweiten Teils des Gleichlaufelements vorgesehen. Diese Betätigungssensoren können bei der bevorzugt synchronen Bewegung des Gleichlaufelements mit der Bewegung des Betätigungselements jeweils als Betätigungssensor für das Betätigungselement dienen, d. h. die Betätigungsstellung des Betätigungselements innerhalb des Betätigungsbereichs ermitteln. Durch die separate Erfassung von zwei Teilen des Gleichlaufelements kann durch Vergleich der Signale der Betätigungssensoren dabei auch die Lage des Gleichlaufelements ermittelt werden. Somit ist es möglich, dass die Lageerfassungsvorrichtung realisiert wird durch den ersten und zweiten Betätigungssensor und durch eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Abweichung zwischen Signalen des ersten und zweiten Betätigungssensors. Bspw. kann im Normalfall ordnungsgemäß arbeitender Rückstellelemente von beiden Betätigungssensoren ein zumindest im Wesentlichen (d. h. bis auf vorgegebene Abweichungen) gleiches Signal erzeugt werden, wenn sich das Gleichlaufelement bei seiner Bewegung innerhalb des Betätigungsbereiches in der Gleichlauflage befindet. Im Fall der Fehlfunktion eines Rückstellelements wird das Gleichlaufelement aus der Gleichlauflage ausgelenkt. Durch diese Auslenkung bewegen sich die beiden Teile des Gleichlaufelements, die von dem ersten und zweiten Betätigungssensor erfasst werden, in unterschiedlicher Weise. Damit ergibt sich in diesem Fall eine Abweichung zwischen den Signalen der Betätigungssensoren, die - wenn sie oberhalb einer definierten Schwelle liegt - die Fehlfunktion anzeigt. Diese bevorzugte Ausführung hat den Vorteil, dass für die Erkennung von Fehlfunktionen der Rückstellelemente kein separater Sensor benötigt wird, sondern lediglich die Signale von zwei Kanälen eines zwei-kanaligen Betätigungssensors geeignet ausgewertet werden. Die Verwendung von redundanten Betätigungssensoren ist als Sicherheitsmerkmal ohnehin sinnvoll und zum Teil vorgeschrieben. Dadurch, dass nicht direkt das Betätigungselement, sondern ein hieran in seiner Lage veränderliches Gleichlaufelement an zwei verschiedenen Positionen erfasst wird, kann somit die Fehlfunktion eines Rückstellelements erkannt werden, ohne dass erheblicher zusätzlicher Aufwand erforderlich ist. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung wirken die Rückstellelemente mindestens im Wesentlichen in parallelen Richtungen auf das Gleichlaufelement. Dieses kann bevorzugt so angeordnet sein, dass es bei Einwirkung beider Rückstellelemente in einer Gleichgewichtslage quer zur Wirkrichtung der Rückstellelemente steht, während es bei einem Defekt an einem der Rückstellelemente aus der Gleichgewichtslage verkippt wird. Diese Verkippung erfolgt durch die im Defektfall unterschiedliche Krafteinwirkung der beiden Rückstellelemente. Bspw. im Fall eines Federbruchs an einem der Rückstellelemente und entsprechendem Wegfall bzw. Verminderung der am ersten Ansatzpunkt einwirkenden Kraft wird die unverändert am zweiten Ansatzpunkt einwirkende Kraft des zweiten Rückstellelements das Gleichlaufelement aus der Gleichgewichtslage verkippen. Bevorzugt weisen die Rückstellelemente jeweils mindesten ein Federelement auf, weiter bevorzugt als Druckfeder. Die Rückstellelemente können auch jeweils mindestens ein Dämpfungselement aufweisen. Bevorzugt ist ein Sensor für die Betätigungsstellung des Betätigungselements vorgesehen. Wie bereits erläutert kann der Betätigungssensor redundant aufgebaut sein, d. h. zwei getrennte Betätigungssensoren umfassen. Dabei ist es möglich, dass die Lageerfassungsvorrichtung keinen separaten Sensor verwendet, sondern Signale der beiden Betätigungssensoren geeignet auswertet. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist ein am Fahrzeugpedal vorgesehener Sensor ein Indexelement auf, das gegenüber einem Erfassungselement beweglich ist. Die Position des Indexelements relativ zum Erfassungselement wird erfasst. Das von dem Sensor gelieferte Sensorsignal enthält die Information über die Position des Indexelements relativ zum Erfassungselement. Bspw. kann ein solcher Sensor als induktiver Sensor ausgebildet sein, bei dem entlang des Erfassungselements eine Spulenanordnung vorgesehen ist, bspw. umfassend mindestens eine Erregerspule und mindestens eine Empfängerspule. Das Indexelement bewirkt eine veränderliche induktive Kopplung abhängig von seiner Position. Als Indexelement kann bspw. ein Leiterstück, eine Spule oder - besonders bevorzugt - ein Schwingkreis verwendet werden, so dass die Kopplung frequenzselektiv ist. Letzteres erleichtert die getrennte Erfassung von zwei Indexelementen. Ein solcher Sensor mit Erfassungselement und Indexelement kann vorgesehen sein als Betätigungssensor, d. h. zur Feststellung der Betätigungsstellung des Betätigungselements, aber ebenso auch als Lageerfassungsvorrichtung. Bevorzugt sind zwei solcher Sensoren vorgesehen, d. h. es wird bevorzugt die Position von mindestens zwei Indexelementen ermittelt. Dies kann durch zwei getrennte Erfassungselemente, ebenso aber auch durch ein gemeinsames Erfassungselement erfolgen. Für die Lageerfassungsvorrichtung sind bevorzugt zwei Indexelemente im Abstand voneinander am Gleichlaufelement vorgesehen. Durch Erfassung der Position dieser beiden Indexelemente kann sowohl die Position als auch die Lage des Gleichlaufelements ermittelt werden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass das Erfassungselement am Gleichlaufelement angeordnet ist. Die kann vorteilhaft sein, wenn ein feststehendes Gleichlaufelement verwendet wird, d.h. wenn das Gleichlaufelement sich nicht mit dem Betätigungselement bewegt, sondern bspw. ortsfest (aber in der Lage variabel) am Grundelement angeordnet ist. Dann kann das Erfassungselement des Sensors am Gleichlaufelement vorgesehen sein, so dass es ebenfalls seine Lage ändert, wenn das Gleichlaufelement aus der Gleichlauflage ausgelenkt wird. Auch auf diese Weise kann erreicht werden, dass derselbe Sensor einerseits zur Feststellung der Betätigungsstellung des Betätigungselements dient und andererseits als Lagesensor die Lage des Gleichlaufelements ermittelt. Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:
In den in Die von den Rückstellelementen 16, 18 auf das Gleichlaufelement 20 wirkenden Rückstellkräfte werden so an den beiden im Abstand voneinander angeordneten Stellen 26, 28, aufgebracht. Wie nachfolgend näher erläutert ist das Gleichlaufelement so beweglich, dass es verkippen kann, und bildet somit eine Waage zum Vergleich der Rückstellkräfte. Das Gleichlaufelement 20 ist einerseits bei Bewegung der Pedalplatte 14 innerhalb des Betätigungsbereichs frei mit dieser beweglich. Dabei wird es durch den Vorsprung 22 an der Pedalplatte 14 bei der Betätigung entgegen der Wirkung der Rückstellelemente 16, 18 verschoben. Weiter ist das Gleichlaufelement 20 auch in seiner Lage veränderlich, nämlich im gezeigten Beispiel schwenkbar. Wie in Das Fahrpedal 10 weist einen Sensor 30 auf, der gebildet ist aus einem feststehend mit dem Grundelement 12 verbundenen Erfassungselement 32 und zwei am Gleichlaufelement 20 angeordneten Indexelementen 36, 38. Der Sensor 30 ist als zwei-kanaliger induktiver Linearsensor ausgebildet und vorgesehen zur Erfassung der Position der Indexelemente, 36, 38 gegenüber Spulenanordnungen 40, 42 am Erfassungselement. Wie in Wie in Dabei bleibt das Gleichlaufelement 20 aufgrund der gleichzeitigen Einwirkung beider Rückstellelemente 16, 18 in der Gleichlauflage ( Wenn das Gleichlaufelement 30 im Fall des Defekts eines Rückstellelements ( Die Sensorsignale P1, P2 werden wie in Die Signalauswertung 50 vergleicht die Signale P1, P2. Sind diese identisch bzw. liegen sie innerhalb einer als akzeptabel voreingestellten Toleranzschwelle einer Abweichung voneinander, so signalisiert dies die ordnungsgemäße Funktion der Rückstellelemente 16, 18. In diesem Fall gibt der Sensor 30 als Ausgangssignal A die derzeitige Betätigungsstellung, d. h. Position der Pedalplatte 14 aus, die aus den Signalen P1, P2 bekannt ist. Im Fall eines Defekts, bspw. des in Der Defekt kann auf verschiedene Weise durch den Sensor 30 signalisiert werden, bspw. im Ausgangssignal A oder durch separate Erzeugung eines Fehlersignals. |